JP6453908B2 - Method for matching feature points of planar array of 4 cameras and measurement method based thereon - Google Patents

Method for matching feature points of planar array of 4 cameras and measurement method based thereon Download PDF

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Description

本発明は、光学電子測定の技術分野に関するものであり、具体的には、4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法、及び4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法に基づく測定方法に関するものである。   The present invention relates to the technical field of optoelectronic measurement, and more specifically, a method for matching feature points of a four-camera set planar array, and a measurement method based on a method for matching feature points of a four-camera set planar array It is about.

現在、3次元立体ビジョン測定には、一般的にライン型レーザーを利用した光切断測定技術または両眼測定と構造光照明の組み合わせ方式が使用される。ライン型レーザー光または構造光が3次元測定で広範囲に用いられる主な理由は、ライン型レーザーまたは構造光の指示を通じて、結像において対応されるマッチング点を明確にし、マッチングの不明確性を減少させ、確定的な、及び唯一のマッチングを実現したためである。しかしながら、もしライン型レーザーまたは構造光の指示を取り消すと、両眼マッチングは、複数の点のマッチングの不明確性を避けることができなくなり、測定要求を満足できなくなるとともに、ライン型レーザーまたは構造光を使用すると、ライン型レーザーまたは構造光の結像部位のみを測定でき、これは、当該技術の適応範囲を限定し、ライン型レーザーまたは構造光の使用は、被測定物、例えば人に悪影響を与える。   At present, three-dimensional stereoscopic vision measurement generally uses a light section measurement technique using a line laser or a combination of binocular measurement and structured light illumination. The main reason why line-type laser light or structured light is widely used in 3D measurement is to clarify the matching point corresponding to the imaging through the indication of line-type laser or structured light, and reduce the ambiguity of matching. This is because deterministic and unique matching is realized. However, if the line laser or structured light indication is canceled, binocular matching will not be able to avoid the ambiguity of matching multiple points and will not be able to meet the measurement requirements. Can be used to measure only the line laser or structured light imaging site, which limits the scope of the technology, and the use of a line laser or structured light can adversely affect the object being measured, e.g. a person. give.

また、現在、両眼マッチングは、被視体の表面に識別点を付与する方式をよく用いるが、このような方式の使用もマッチングの正確性を向上させるためである。しかしながら、被視体の表面に識別点を付与する方式は、事前に被測定物に対して人工的な処理と介入が必要である、というデメリットがある。   At present, binocular matching often uses a method of assigning an identification point to the surface of a subject, and the use of such a method is also for improving the accuracy of matching. However, the method of assigning identification points to the surface of the subject has a demerit that artificial measurement and intervention are required for the object to be measured in advance.

このような点を鑑み、本発明の実施例は、マッチング方法、及び測定方法の複雑度を低下させ、空間サイズの演算過程を簡略化し、システムの測定誤差を減少させる4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法、及び4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法に基づく測定方法を提供することを目的とする。   In view of these points, the embodiment of the present invention reduces the complexity of the matching method and the measurement method, simplifies the calculation process of the space size, and reduces the measurement error of the system. An object of the present invention is to provide a feature point matching method and a measurement method based on a feature point matching method of a planar array of four cameras.

第1の実施態様において、本発明の実施例は、4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法を提供し、上記方法は、
1つの4カメラ組の4つのカメラに対応する4つの像平面のうちのいずれかの1つの像平面をベース像平面として、前記ベース(Base)像平面の1つの特徴点に対して、横方向で当該ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探すステップa1と、
前記ステップa1の前記ベース像平面の前記特徴点に対して、縦方向で当該ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探すステップa2と、
前記ステップa1で探し出したすべてのマッチング点と前記ステップa2で探し出したすべてのマッチング点を再マッチングさせて、対応するすべてのサブマッチング点組(Sub Matching Point Group)を探すステップa3と、
前記ベース像平面の前記特徴点、及び前記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組に基づいて、前記ベース像平面の対角位置にある像平面である対角位置像平面において、前記ベース像平面の前記特徴点、及び前記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組に対応するマッチング点を探すステップa4と、
前記ベース像平面の前記特徴点、前記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組、及び前記ステップa4で探し出したマッチング点に基づいて、前記4つの像平面において同一の被視点に対応する唯一性マッチング点組を確定するステップa5と、を含む。
In a first embodiment, an embodiment of the present invention provides a method for matching feature points of a planar array of four camera sets, the method comprising:
One of the four image planes corresponding to the four cameras in one four-camera set is set as a base image plane, and a lateral direction with respect to one feature point of the base image plane In step a1, searching for all matching points that match the feature point in an image plane adjacent to the base image plane;
Searching for all matching points that match the feature point in the image plane adjacent to the base image plane in the vertical direction with respect to the feature point of the base image plane in step a1;
Rematching all matching points found in step a1 and all matching points found in step a2 to find all corresponding sub matching point groups (Sub Matching Point Groups);
Based on the feature points of the base image plane and all the sub-matching point sets found in step a3, the base image in the diagonal position image plane that is the diagonal position of the base image plane. A step a4 for finding matching points corresponding to the feature points on the plane and all sub-matching points found in the step a3;
Uniqueness corresponding to the same subject in the four image planes based on the feature points of the base image plane, all sub-matching point sets found in step a3, and matching points found in step a4 And a step a5 for determining a matching point set.

第1の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第1の実施態様の第1の可能な実現方式を提供する。ここで、前記ステップa1において、前記ベース像平面の1つの特徴点に対して、マッチング条件1)に基づいて、横方向で前記ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探し、ここで、前記マッチング条件1)は、1つの被視点の横方向で互いに隣り合う2つの像平面における結像点(Imaging Point)が、当該被視点の左側の像平面における結像点と当該被視点の対応する右側の像平面における結像点が横方向の座標軸に平行な同一の直線上に位置し、左側の像平面の座標原点に対する当該左側の像平面における結像点の水平オフセットが右側の像平面の座標原点に対する当該右側の像平面における結像点の水平オフセットより大きい、という条件を満足することである。   In combination with the first embodiment, the embodiments of the present invention provide a first possible implementation of the first embodiment. Here, in the step a1, for all feature points of the base image plane, all matching with the feature point in the image plane adjacent to the base image plane in the lateral direction is performed based on the matching condition 1). Searching for a matching point, the matching condition 1) is that an imaging point (Imaging Point) in two image planes adjacent to each other in the lateral direction of one subject is connected to the image plane on the left side of the subject. The image point on the right image plane corresponding to the subject and the image point on the left image plane with respect to the coordinate origin of the left image plane is located on the same straight line parallel to the horizontal coordinate axis. Is satisfied to be larger than the horizontal offset of the imaging point in the right image plane with respect to the coordinate origin of the right image plane.

第1の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第1の実施態様の第2の可能な実現方式を提供する。ここで、前記ステップa2において、前記ステップa1の前記ベース像平面の前記特徴点に対して、マッチング条件2)に基づいて、縦方向で前記ベース像平面と隣り合う像平面において前記特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探し、ここで、前記マッチング条件2)は、1つの被視点の縦方向で互いに隣り合う2つの像平面における結像点が、当該被視点の上側の像平面における結像点と当該被視点の対応する下側の像平面における結像点が縦方向の座標軸に平行な同一の直線上に位置し、上側の像平面の座標原点に対する当該上側の像平面における結像点の垂直オフセットが下側の像平面の座標原点に対する当該下側の像平面における結像点の垂直オフセットより大きい、という条件を満足することである。   In combination with the first embodiment, the embodiments of the present invention provide a second possible implementation of the first embodiment. Here, in the step a2, the feature points on the base image plane in the step a1 are matched with the feature points in the image plane adjacent to the base image plane in the vertical direction based on the matching condition 2). In this case, the matching condition 2) is that an image point on two image planes adjacent to each other in the vertical direction of one object is imaged on an image plane above the object. The imaging point on the upper image plane with respect to the coordinate origin of the upper image plane is located on the same straight line parallel to the longitudinal coordinate axis. Is satisfied to be larger than the vertical offset of the imaging point in the lower image plane with respect to the coordinate origin of the lower image plane.

第1の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第1の実施態様の第3の可能な実現方式を提供する。ここで、前記ステップa3において、前記ステップa1で探し出したすべてのマッチング点と前記ステップa2で探し出したすべてのマッチング点に対して、マッチング条件3)に基づいて再マッチングさせて、前記マッチング条件3)を満足しないマッチング点を排除し、前記マッチング条件3)を満足するマッチング点を横方向オフセット値または縦方向オフセット値の大きさ関係に応じてペアリングしてサブマッチング点組を形成し、ここで、前記マッチング条件3)は、1つの被視点の1つの4カメラ組の4つの像平面において対応するマッチング点組が、横方向オフセット値と縦方向オフセット値の比率が参照直四角形の長さと幅の比率と同じである、という条件を満足することであり、ここで、横方向オフセット値は、当該被視点の1つの左側の像平面における結像点が当該左側の像平面の座標原点に対する水平オフセットと当該被視点の対応する右側の像平面における結像点が当該右側の像平面の座標原点に対する水平オフセットの差であり、縦方向オフセット値は、当該被視点の1つの上側の像平面における結像点が当該上側の像平面の座標原点に対する垂直オフセットと当該被視点の対応する下側の像平面における結像点が当該下側の像平面の座標原点に対する垂直オフセットの差であり、ここで、参照直四角形は、1つの4カメラ組の4つの焦点から形成される直四角形である。   In combination with the first embodiment, the embodiments of the present invention provide a third possible implementation of the first embodiment. Here, in the step a3, all matching points found in the step a1 and all matching points found in the step a2 are rematched based on the matching condition 3), and the matching condition 3) Matching points that satisfy the matching condition 3) are paired according to the magnitude relationship of the horizontal offset value or the vertical offset value to form a sub-matching point set, The matching condition 3) is that the matching point set corresponding to the four image planes of one set of four cameras of one subject has a ratio between the horizontal offset value and the vertical offset value that is the length and width of the reference square. Satisfying the condition that the ratio of the horizontal offset value is equal to The imaging point in one left image plane is a horizontal offset with respect to the coordinate origin of the left image plane, and the imaging point in the right image plane corresponding to the subject is a horizontal offset with respect to the coordinate origin of the right image plane. The vertical offset value is the difference between the vertical offset with respect to the coordinate origin of the upper image plane and the corresponding lower image plane of the subject. The imaging point is the difference in vertical offset with respect to the coordinate origin of the lower image plane, where the reference square is a square formed from the four focal points of one 4-camera set.

第1の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第1の実施態様の第4の可能な実現方式を提供する。ここで、前記ステップa4において、前記ベース像平面の前記特徴点、及び前記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組に基づいて、いずれかのサブマッチング点組に対して、前記マッチング条件1)と前記マッチング条件2)に基づいて前記対角位置像平面におけるマッチング点を探し、前記ステップa3で探し出したサブマッチング点組の座標に基づいて、前記対角位置像平面に位置するマッチング点の座標を得、当該マッチング点の横座標は、縦方向で前記対角位置像平面と隣り合う像平面におけるマッチング点の横座標と同じであり、縦座標は、横方向で前記対角位置像平面と隣り合う像平面におけるマッチング点の縦座標と同じであり、座標が確定された後、前記対角位置像平面におけるマッチング点、及び別の3つの像平面におけるマッチング点に対して、画像特徴の類似性マッチングを行い、マッチングに成功した場合、前記4つの像平面における4つの結像点が1つのマッチング点組を構成し、マッチングが不可能である場合、前記対角位置像平面におけるマッチング点、及び当該マッチング点に対応するステップa3で探し出したサブマッチング点組を排除する。   In combination with the first embodiment, the embodiment of the present invention provides a fourth possible implementation of the first embodiment. Here, in the step a4, based on the feature points on the base image plane and all the submatching point sets found in the step a3, the matching condition 1) for any submatching point set. The matching point in the diagonal position image plane is searched for on the basis of the matching condition 2) and the coordinates of the matching point located on the diagonal position image plane based on the coordinates of the sub-matching point set found in step a3. The abscissa of the matching point is the same as the abscissa of the matching point in the image plane adjacent to the diagonal position image plane in the vertical direction, and the ordinate is the diagonal position image plane in the horizontal direction. It is the same as the ordinate of the matching point in the adjacent image plane, and after the coordinates are determined, the matching point in the diagonal position image plane, and another 3 If image feature similarity matching is performed on matching points in the image plane, and matching is successful, the four image points in the four image planes form one matching point set, making matching impossible. If it is, the matching point in the diagonal position image plane and the sub-matching point set found in step a3 corresponding to the matching point are excluded.

第1の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第1の実施態様の第5の可能な実現方式を提供する。ここで、前記ステップa5において、前記4つの像平面において同一の被視点に対応する唯一性マッチング点組は、マッチング条件4)を満足し、前記マッチング条件4)は、1つの被視点の1つの4カメラ組に対応する4つの像平面における結像点が1つの直四角形を形成し、当該直四角形の横方向の長さと縦方向の長さの比率が参照直四角形の長さと幅の比率と同じであり、2対の対角位置にある2つの像平面における結像点がそれぞれ参照直四角形の2つの対角線に平行な2つの直線上に位置することである。   In combination with the first embodiment, the embodiment of the present invention provides a fifth possible implementation of the first embodiment. Here, in the step a5, the uniqueness matching point group corresponding to the same subject in the four image planes satisfies the matching condition 4), and the matching condition 4) The imaging points in the four image planes corresponding to the four camera sets form one rectangular shape, and the ratio of the horizontal length and the vertical length of the rectangular shape is the ratio of the length and width of the reference rectangular shape. The same is true, and the imaging points in the two image planes at the two diagonal positions are located on two straight lines parallel to the two diagonal lines of the reference square.

第1の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第1の実施態様の第6の可能な実現方式を提供する。ここで、前記ステップa5において、マッチング条件4)を満足するマッチング点組が1つだけある場合、マッチング結果は、唯一である。   In combination with the first embodiment, the embodiment of the present invention provides a sixth possible implementation of the first embodiment. Here, in step a5, if there is only one matching point set that satisfies the matching condition 4), the matching result is unique.

第1の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第1の実施態様の第7の可能な実現方式を提供する。ここで、前記ステップa5において、マッチング条件4)を満足するマッチング点組が複数存在する場合、前記ベース像平面に下記の条件を満足するベース直四角形、即ち、当該特徴点を1つの端点とし、前記ベース直四角形の当該特徴点を1つの端点とする対角線の延長線が前記対角位置像平面を通過し、当該対角線の長さが当該特徴点に対応するいずれかの2つのマッチング点組の前記対角位置像平面における2つのマッチング点の間の距離と同じであり、前記ベース直四角形は参照直四角形と類似しており、前記ベース直四角形の別の端点は、画像特徴が当該特徴点の画像特徴と類似しており、且つ当該特徴点の前記ベース像平面におけるマッチング点である、という条件を満足するベース直四角形が存在するか否かを判断し、
前記ベース像平面にこのような直四角形が存在する場合、いずれかのベース直四角形に対して、前記対角位置像平面に当該ベース直四角形とまったく同じ唯一対応する直四角形が存在するか否かを確定し、
存在する場合、まず、前記対角位置像平面において当該特徴点に対応する唯一のマッチング点を確定し、その後、前記マッチング条件1)と前記マッチング条件2)に基づいて当該特徴点の別の2つの像平面における唯一のマッチング点を確定し、不明確なマッチング点組を排除し、ここで、前記対角位置像平面において当該特徴点に対応する唯一のマッチング点を確定する方法は、前記ベース像平面の前記特徴点が前記ベース直四角形の1つの対角線の1つの端点である場合、前記対角位置像平面における唯一のマッチング点は、当該対角位置像平面における唯一対応する直四角形において延長線が前記特徴点を通過する対角線上の2つの端点のうちの1つであり、前記特徴点が前記ベース直四角形の上端に位置する場合、前記対角位置像平面において対応する唯一のマッチング点は、当該唯一の対応する直四角形の上端の端点であり、そうではない場合、下端の端点であり、前記対角位置像平面における非唯一性マッチング点に対して、当該点の前記ベース像平面における唯一のマッチング点が前記ベース像平面の前記特徴点が位置する対角線上の別の端点であると確定することができ、
存在しない場合、前記特徴点に対応する2つのマッチング点組は、2つの異なる被視点に対応し、前記2つの異なる被視点は、空間上で当該特徴点の前記ベース像平面に相対する画素投影線の延長線上に位置し、
前記ベース像平面にこのような直四角形が存在しない場合、前記複数のマッチング点組は、複数の異なる被視点に対応し、前記複数の異なる被視点は、空間上で当該特徴点の前記ベース像平面に相対する画素投影線の延長線上に位置する。
In combination with the first embodiment, the embodiment of the present invention provides a seventh possible implementation of the first embodiment. Here, when there are a plurality of matching point sets satisfying the matching condition 4) in the step a5, the base image plane satisfying the following condition on the base image plane, that is, the feature point as one end point, An extension of a diagonal line having the feature point of the base square as one end point passes through the diagonal position image plane, and the length of the diagonal line of any two matching point sets corresponding to the feature point It is the same as the distance between two matching points in the diagonal position image plane, the base square is similar to the reference square, and another end point of the base square has an image feature of the feature point Whether or not there is a base square that satisfies the condition that the feature point is a matching point in the base image plane of the feature point,
If there is such a square in the base image plane, for any base square, whether there is a single corresponding square in the diagonal position image plane that is exactly the same as the base square Confirm
If present, first, a unique matching point corresponding to the feature point is determined in the diagonal position image plane, and then another 2 of the feature point is determined based on the matching condition 1) and the matching condition 2). A method for determining a unique matching point in one image plane and eliminating an unclear set of matching points, wherein a unique matching point corresponding to the feature point in the diagonal position image plane is defined as the base When the feature point of the image plane is one end point of one diagonal of the base square, the only matching point in the diagonal position image plane extends in the only corresponding square in the diagonal position image plane When the line is one of two end points on a diagonal line passing through the feature point, and the feature point is located at the upper end of the base square, the diagonal position image The only matching point corresponding in the plane is the top end point of the only corresponding square, otherwise it is the bottom end point, relative to the non-unique matching point in the diagonal position image plane , It can be determined that the only matching point of the point in the base image plane is another endpoint on the diagonal where the feature point of the base image plane is located,
If not, the two matching point sets corresponding to the feature points correspond to two different views, and the two different views are pixel projections relative to the base image plane of the feature points in space. Located on the extension of the line,
When such a rectangular shape does not exist in the base image plane, the plurality of matching point sets correspond to a plurality of different subjects, and the plurality of different subjects include the base image of the feature point in space. It is located on the extension line of the pixel projection line relative to the plane.

第1の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第1の実施態様の第8の可能な実現方式を提供する。ここで、前記特徴点とは、1つまたは複数のマッチング点が対応されている結像点であり、当該結像点は、別の結像点と区別される画像特徴を有する。   In combination with the first embodiment, the embodiments of the present invention provide an eighth possible implementation of the first embodiment. Here, the feature point is an imaging point corresponding to one or a plurality of matching points, and the imaging point has an image feature that is distinguished from another imaging point.

第2の実施態様において、本発明は、4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法に基づく測定方法を提供し、当該方法は、
画像の収集が完了した後、前記マッチング方法を用いて、前記ベース像平面におけるすべての特徴点に対応する唯一性マッチング点組を探すステップb1と、
前記ステップb1で取得した唯一性マッチング点組の像座標に基づいて、被視点の空間位置座標を計算するステップb2と、
前記ステップb2で取得した被視点の空間位置座標に基づいて、3Dポイントクラウドデータを形成し、3Dポイントクラウド図形を確立し、3次元立体画像を再現するステップb3と、を含む。
In a second embodiment, the present invention provides a measurement method based on a method for matching feature points of a planar array of four camera sets, the method comprising:
After image collection is complete, using the matching method to find a unique matching point set corresponding to all feature points in the base image plane; b1;
A step b2 of calculating a spatial position coordinate of the subject based on the image coordinates of the uniqueness matching point set acquired in the step b1;
A step b3 of forming 3D point cloud data, establishing a 3D point cloud graphic, and reproducing a three-dimensional stereoscopic image based on the spatial position coordinates of the subject obtained in step b2.

第2の実施態様に組み合わせて、本発明の実施例は、上記第2の実施態様の第1の可能な実現方式を提供する。ここで、前記ステップb2において、1つの4カメラ組の左上位置のaカメラ、右上位置のbカメラ、左下位置のcカメラ、及び右下位置のdカメラの焦点がそれぞれO、O、O、及びOであり、4つの焦点が同一の平面に位置し、且つ1つの直四角形を形成し、当該直四角形の長さOがmであり、幅Oがnであり、直四角形の中心点をOと設定し、Oを原点として1つの3次元直角座標系を確立し、ここで、X軸は、直四角形のO、及びO辺に平行であり、Y軸は、直四角形のO、及びO辺に平行であり、Z軸は、焦点が位置する平面に垂直であり、且つ4つのカメラの光軸方向に平行であり、4台のカメラの配置は、まったく同じであり、被視体の1つの被視点Pの空間位置座標がP(P,P,P)であり、P点のaカメラ、bカメラ、cカメラ、及びdカメラこれら4台のカメラに対応する像平面における結像点の像座標がそれぞれP(Pax,Pay)、P(Pbx,Pby)、P(Pcx,Pcy)、及びP(Pdx,Pdy)であると、P点の空間位置座標の表現式は、以下の通りである。 In combination with the second embodiment, the embodiment of the present invention provides a first possible implementation of the second embodiment. Here, in the step b2, the focal points of the upper left a camera, the upper right b camera, the lower left c camera, and the lower right d camera of one 4-camera set are respectively O a , O b , O c and O d , the four focal points are located in the same plane, and form one square, the length O a O b of the square is m, and the width O a O c is n And the center point of the square is set as O, and one three-dimensional rectangular coordinate system is established with O as the origin, where the X-axis is a square O a O b and O c O d sides The Y axis is parallel to the rectangular O a O c and O b O d sides, the Z axis is perpendicular to the plane on which the focal point is located, and the optical axis directions of the four cameras The arrangement of the four cameras is exactly the same, and the sky of one subject P of the subject is empty. Position coordinate P (P x, P y, P z) is, a camera point P, is b camera, c cameras, and d the camera image coordinates of the image point in the image plane corresponding to these four cameras The spatial position of the point P when P a (P ax , P ay ), P b (P bx , P by ), P c (P cx , P cy ), and P d (P dx , P dy ), respectively. The expression of coordinates is as follows.

上記式において、fは、4台のカメラの焦点距離であり、uは、画像センサのターゲット表面の長さであり、vは、画像センサのターゲット表面の幅であり、ここで、Δxを横方向マッチング時に、a像平面における結像点に対するb像平面における結像点の横方向オフセット値とc像平面における結像点に対するd像平面における結像点の横方向オフセットと定義し、Δyを縦方向マッチング時に、a像平面における結像点に対するc像平面における結像点の縦方向オフセットとb像平面における結像点に対するd像平面における結像点の縦方向オフセットと定義する。   In the above equation, f is the focal length of the four cameras, u is the length of the target surface of the image sensor, v is the width of the target surface of the image sensor, where Δx is At the time of direction matching, the lateral offset value of the imaging point in the b image plane with respect to the imaging point in the a image plane and the lateral offset of the imaging point in the d image plane with respect to the imaging point in the c image plane are defined, and Δy is defined as At the time of vertical matching, the vertical offset of the imaging point in the c image plane with respect to the imaging point in the a image plane and the vertical offset of the imaging point in the d image plane with respect to the imaging point in the b image plane are defined.

本発明は、少なくとも下記の有益な効果を有する。   The present invention has at least the following beneficial effects.

1.4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法は、被視体の1つの被視点の1つの4カメラ組の4つの像平面における結像点の位置に基づいて、4つの像平面において当該被視点に対応する唯一性結像点組を早くマッチングすることができ、4つのカメラでいずれも結像可能な被視点に対する通用性、唯一性マッチングを実現することができる。   1.4 The matching method of feature points of a planar array of camera sets is based on the positions of imaging points in four image planes of one 4-camera set of one subject of a subject. The unique imaging point set corresponding to the subject can be quickly matched, and the versatility and uniqueness matching for the subject that can be imaged by any of the four cameras can be realized.

2.4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法に基づく測定方法は、いずれかの光条件において、収集された画像が充分に鮮明であれば、未知の被視体の場合、いずれかの被視体に対して、まったく同じ測定方法で被視体に対する3次元測定を実現することができ、当該測定方法は、視野に対するいずれかのキャリブレーション(Calibration)も必要とせず、その測定精度と解像度は、被視体と関係なく、測定システムのみに関係あり、自動測定を完全に実現することができる。   2.4 The measurement method based on the matching method of the feature points of the planar array of the camera set is that if the collected image is sufficiently clear under any light condition, It is possible to realize a three-dimensional measurement of the subject with exactly the same measurement method, and this measurement method does not require any calibration with respect to the field of view. The resolution is related only to the measurement system, regardless of the subject, and automatic measurement can be realized completely.

3.上記マッチング方法と測定方法の通用性と信頼性により、プログラムの最適化が便利になり、組込みレベル(Embedded level)とチップレベルの演算を実現し、3次元感知と測定を早く実現することができる。   3. Due to the versatility and reliability of the above matching and measurement methods, program optimization is convenient, and it is possible to realize embedded level (chip level) and chip level calculations, and to realize 3D sensing and measurement quickly. .

1つの4カメラ組に基づいて確立された空間座標系の模式図である。It is a schematic diagram of the spatial coordinate system established based on one 4 camera group. 被視体のある被視点、及び当該被視点の1つの4カメラ組の横方向における2つのカメラの像平面における結像点の投影模式図である。It is a projection schematic diagram of the image formation point in the image plane of two cameras in the horizontal direction of a subject with a subject and one 4-camera set of the subject. 図2の被視点、及び対応する結像点のOXZ座標平面における投影模式図である。FIG. 3 is a schematic projection view of the subject of FIG. 2 and a corresponding image formation point on an OXZ coordinate plane. 1つの4カメラ組の横方向で互いに隣り合う2つの像平面において横方向マッチングを行うときに不明確点が現れる立体模式図である。It is a three-dimensional schematic diagram in which an indefinite point appears when performing horizontal direction matching on two image planes adjacent to each other in the horizontal direction of one 4-camera set. 1つの理想的な直線が1つの4カメラ組の4つの像平面において結像する立体模式図である。It is a three-dimensional schematic diagram in which one ideal straight line forms an image on four image planes of one four-camera set. 図5の4つの像平面における結像点の平面模式図である。FIG. 6 is a schematic plan view of image forming points in the four image planes of FIG. 5. マッチング唯一性を証明する投影模式図である。It is a projection schematic diagram which proves matching uniqueness. マッチング唯一性を証明する例示的な立体模式図である。It is an exemplary three-dimensional schematic diagram demonstrating matching uniqueness. 図8の4つの像平面における結像点の平面模式図である。FIG. 9 is a schematic plan view of image forming points in the four image planes of FIG. 8. マッチング唯一性を証明する別の例示的な立体模式図である。FIG. 6 is another exemplary three-dimensional schematic diagram demonstrating matching uniqueness. 図10の4つの像平面における結像点の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of the image formation point in four image planes of FIG. マッチング唯一性を証明するさらに別の例示的な平面模式図である。FIG. 9 is yet another exemplary plan schematic diagram demonstrating matching uniqueness. 本発明の実施例の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法のフローチャートである。It is a flowchart of the matching method of the feature point of the planar array of 4 camera sets of the Example of this invention. 本発明の実施例の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法に基づく測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the measuring method based on the matching method of the feature point of the planar array of 4 camera sets of the Example of this invention.

上記の図面は、本発明の一部の実施例を示すだけであるため、範囲に対する限定とみなしてはならず、当業者は、創造的な労力を要することなく、これらの図面または実施例に基づいて別の関連する図面または実施例を得ることができる。   The above drawings are only illustrative of some embodiments of the present invention and should not be regarded as a limitation on the scope, and those skilled in the art will be able to refer to these drawings or embodiments without creative efforts. Based on this, another related drawing or example can be obtained.

本発明の実施例の目的、技術と利点をより明らかにするために、下記に本発明の実施例の図面と組み合わせて本発明の実施例の技術を明確且つ全面的に述べるが、述べる実施例は、本発明の一部の実施例であって、すべての実施例ではないことは明らかである。従って、下記の図面に提供される本発明の実施例に対する詳細な説明は、保護しようとする本発明の範囲を限定するためのものではなく、ただ本発明の選別された実施例を示すだけである。当業者が本発明の実施例に基づいて、創造的な労働をすることなく得たすべての別の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。   In order to clarify the purpose, technology and advantages of the embodiments of the present invention, the technology of the embodiments of the present invention will be described clearly and completely in combination with the drawings of the embodiments of the present invention. These are some embodiments of the present invention, but not all embodiments. Accordingly, the detailed description of the embodiments of the invention provided in the following drawings is not intended to limit the scope of the invention to be protected, but merely to illustrate selected embodiments of the invention. is there. All other embodiments obtained by a person skilled in the art based on the embodiments of the present invention without creative labor belong to the protection scope of the present invention.

本発明の説明において、理解すべきなことは、用語「原点」、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「深さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左側」、「右側」、「左上」、「左下」、「右上」、「右下」、「垂直」、「水平」などが指示する方位または位置関係は、図面に示された方位または位置関係に基づくものであって、単に本発明に対する説明の利便性と説明の簡略性のためのものであり、指す機器または要素が必ず特定の方位を有し、特定の方位で構成され、操作されるべきことを指示するか暗示するのではないため、本発明に対する限定と理解してはならない。   In the description of the present invention, it should be understood that the terms “origin”, “center”, “vertical direction”, “lateral direction”, “length”, “width”, “depth”, “top”, Orientation indicated by “down”, “front”, “back”, “left side”, “right side”, “upper left”, “lower left”, “upper right”, “lower right”, “vertical”, “horizontal”, etc. The positional relationship is based on the orientation or positional relationship shown in the drawings, and is merely for convenience of explanation and simplicity of explanation for the present invention, and the indicated device or element always has a specific orientation. It should not be understood as a limitation to the present invention, as it is configured in a particular orientation and does not indicate or imply that it should be operated.

本発明において、結像点は、被視体の被視点が像平面(または画像)における画素位置に対応する結像であり、被視体の各被視点は、1つの4カメラ組の4つの像平面においてそれぞれ対応する1つの結像点が存在する。マッチング点とは、1つの像平面における結像点に対して、当該像平面または別の像平面において探し出した当該結像点といずれのマッチング条件を満足し、且つ当該結像点の画像特徴(例えば模様、色またはグレイレベルなど)と近似な結像点である。1つの結像点に対応するマッチング点は、1つまたは複数存在する可能性がある。   In the present invention, the image formation point is an image formation in which the object point of the object corresponds to the pixel position on the image plane (or image), and each object point of the object is four images of one set of four cameras. There is one corresponding image point in the image plane. A matching point satisfies any of the matching conditions with the image point found on the image plane or another image plane with respect to the image point on one image plane, and the image feature ( For example, a pattern, color, or gray level) is an approximate image point. There may be one or more matching points corresponding to one imaging point.

本発明において、特徴点とは、1つまたは複数のマッチング点が対応する下記の結像点である。当該結像点は、別の結像点と区別される画像特徴、例えば異なる模様、色またはグレイレベルなどを有するが、本発明の実施例においては具体的に限定せず、実際の状況に応じて異なる画像特徴を判断根拠として選択することができる。一般的に、被測定物の周縁または模様の過渡領域などの位置の被視点に対応する結像点は、いずれも鮮明な画像特徴を有している。   In the present invention, the feature points are the following imaging points corresponding to one or more matching points. The image point has an image feature that is distinguished from another image point, such as a different pattern, color, or gray level, but is not specifically limited in the embodiments of the present invention, and depends on the actual situation. Different image features can be selected as the basis for determination. In general, any imaging point corresponding to a viewpoint at a position such as a peripheral edge of the object to be measured or a transient region of a pattern has a clear image feature.

本発明において、特徴点のマッチング、マッチング演算と演算規則は、2つまたはもっと多い位置の結像点を比較、分析して、2つまたはもっと多い結像点の画像特徴の類似性指標を与えるために用いられ、もし比較結果が指標の予定値に到達すると、マッチングに成功したことになり、実際の状況に応じて異なる画像特徴の類似性指標を選択することができる。本発明で提出されるマッチング条件1)、2)、3)、4)、及び唯一性マッチング方法は、現在の画像処理方法を基礎として、画像特徴の類似性上でマッチングする以外に、4カメラ組の4つの像平面における結像点の間の幾何的位置関係に基づいて、本発明で提出されたマッチング条件に応じてマッチングすることによって、画像特徴は類似しているが、位置関係が間違っているマッチング不明確点を検証、排除し、マッチング結果の唯一性を確保する。   In the present invention, feature point matching, matching operation and calculation rules compare and analyze imaging points at two or more positions to give a similarity measure of image features at two or more imaging points. If the comparison result reaches the planned value of the index, matching is successful, and a similarity index of different image features can be selected according to the actual situation. The matching conditions 1), 2), 3), 4), and the uniqueness matching method submitted in the present invention are based on the current image processing method, in addition to matching on the similarity of image features. Based on the geometric positional relationship between the imaging points in the set of four image planes, matching according to the matching condition submitted in the present invention, the image features are similar, but the positional relationship is incorrect. Verify and eliminate matching ambiguities and ensure uniqueness of matching results.

1.4カメラ組の平面アレイの事前イメージ(before image)模型の3次元座標系の確立、及びマッチング条件の証明
(1)4カメラ組の平面アレイの3次元測定システムと3次元座標系の確立
本発明の実施例の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法と測定方法に対する説明の利便性のために、要求を満足する1つの4カメラ組の平面アレイの3次元測定システム、及び当該4カメラ組の平面アレイの3次元測定システムに対応する3次元座標系を確立する必要があり、本発明の実施例の方法をより便利に応用するために、前方投射(forward projection)模型を用い、下記の方式で確立された4カメラ組の平面アレイの3次元測定システム、及び対応する3次元座標系を用いる。
1.4 Establishing a three-dimensional coordinate system of a before image model of a planar array of camera sets and proof of matching conditions
(1) Establishment of a three-dimensional measurement system and a three-dimensional coordinate system for a four-camera plane array For convenience of explanation of a matching method and a measurement method for feature points of a four-camera plane array according to an embodiment of the present invention. It is necessary to establish a three-dimensional measurement system for a planar array of one four-camera set that satisfies the requirements, and a three-dimensional coordinate system corresponding to the three-dimensional measurement system for the four-array set of four cameras. In order to more conveniently apply the method of the example, a forward projection model is used, a three-dimensional measurement system of a four-camera planar array established in the following manner, and a corresponding three-dimensional coordinate system. .

図1は、1つの4カメラ組に基づいて確立された空間座標系の模式図であり、1つの4カメラ組が2×2アレイの形式で配置され、左上に位置するaカメラ、右上に位置するbカメラ、左下に位置するcカメラ、及び右下に位置するdカメラの4つの配置が同じカメラを含み、同じ配置とは、4つのカメラのレンズ、画像センサ、焦点距離などのパラメータがまったく同じ配置である。4つのカメラの焦点O、O、O、Oは、同一の平面に位置し、4つのカメラの光軸は、いずれも当該平面に垂直であり、O、O、O、Oは、長さがmであり、幅がnである直四角形を形成し、直四角形の中心点をOと設定し、Oを原点として1つの3次元直角座標系を確立する。ここで、X軸は、直四角形のO、及びO辺に平行であり、X軸の方向を長さ方向または水平方向または横方向と称し、X軸は、左右方向で延長(X軸の矢印が指す方向は、右側を向かい、ここで正の方向と定義)可能である。Y軸は、直四角形のO、及びO辺に平行であり、Y軸の方向を幅方向または垂直方向または縦方向と称し、Y軸は、上下方向で延長(Y軸の矢印が指す方向は、上側を向かい、ここで正の方向と定義)可能である。Z軸は、焦点が位置する平面に垂直であり、且つ4つのカメラの光軸方向に平行であり、Z軸の方向を深さ方向と称する(Z軸の矢印が指す方向を深さ方向の正の方向と定義)。Z軸の正の方向において、焦点O、O、O、Oが位置する平面に平行であり、且つ当該平面との距離が焦点距離fである平面を設定し、当該平面においてa、b、c、dの4つの像平面を設定し、結像原理によって、各像平面の中心は、各々に対応するカメラの光軸の通過点であり、各像平面の平面座標の原点を当該像平面の左上角と設定し、それぞれO'、O'、O'、及びO'である。a像平面の2次元直角座標軸をO'Xと設定し、b像平面の2次元直角座標軸をO'Xと設定し、c像平面の2次元直角座標軸をO'Xと設定し、d像平面の2次元直角座標軸をO'Xと設定し、各像平面の長さ(各カメラの画像センサのターゲット表面の長さに対応)をuと設定し、幅(各カメラの画像センサのターゲット表面の幅に対応)をv(未図示)と設定する。 FIG. 1 is a schematic diagram of a spatial coordinate system established based on one 4-camera set, where one 4-camera set is arranged in the form of a 2 × 2 array, a camera located at the upper left, and located at the upper right The four arrangements of the camera b, the camera c located in the lower left, and the camera d located in the lower right include the same camera. The same arrangement means that the parameters of the four cameras such as the lens, image sensor, and focal length are completely different. The same arrangement. The focal points O a , O b , O c , and O d of the four cameras are located in the same plane, and the optical axes of the four cameras are all perpendicular to the plane, and O a , O b , and O c. , O d form a rectangular shape having a length m and a width n, and the central point of the rectangular shape is set to O, and one three-dimensional rectangular coordinate system is established with O as the origin. Here, the X axis is parallel to the rectangular O a O b and O c O d sides, and the direction of the X axis is referred to as a length direction, a horizontal direction, or a horizontal direction, and the X axis is a horizontal direction. Extension (the direction indicated by the arrow on the X axis faces the right side and is defined as a positive direction here) is possible. The Y axis is parallel to the rectangular O a O c and O b O d sides, and the direction of the Y axis is referred to as the width direction, the vertical direction, or the vertical direction, and the Y axis extends in the vertical direction (Y axis The direction pointed to by the arrow points upward and is defined as a positive direction here). The Z axis is perpendicular to the plane on which the focal point is located and is parallel to the optical axis direction of the four cameras, and the direction of the Z axis is referred to as the depth direction (the direction indicated by the arrow on the Z axis is the depth direction). Defined as positive direction). In the positive direction of the Z-axis, a plane that is parallel to the plane on which the focal points O a , O b , O c , and O d are located and whose distance from the plane is the focal length f is set. , B, c, and d are set, and according to the imaging principle, the center of each image plane is the passing point of the optical axis of the corresponding camera, and the origin of the plane coordinates of each image plane is Set to the upper left corner of the image plane, O a ′, O b ′, O c ′, and O d ′, respectively. The two-dimensional rectangular coordinate axis of the a image plane is set as O a 'X a Y a , the two-dimensional rectangular coordinate axis of the b image plane is set as O b ' X b Y b, and the two-dimensional rectangular coordinate axis of the c image plane is set as O 'is set to X c Y c, the 2-dimensional perpendicular coordinate axes of d image plane O d' c is set to X d Y d, corresponding to the length of each length of the image plane (the target surface of the image sensor of the camera ) Is set to u, and the width (corresponding to the width of the target surface of the image sensor of each camera) is set to v (not shown).

本発明で提案された上記の配置構成を用いる1つの4カメラ組(すなわち、4カメラ組の平面アレイ)は、1つのもっとも小さい基本的な3次元立体測定ユニットであり、類似な規則と方法に応じてより多いカメラ(2N個、ここで、Nは2以上の正の整数)からなるマルチカメラ組の平面アレイの3次元測定システムを構築することができ、それとともに、類似な規則と方法に基づいて各組の4カメラ組に対応する3次元座標系を構築するかまたは統一的な3次元座標系を構築することができる。本発明の実施例のマッチング方法と測定方法は、上記のように配置された1つの4カメラ組の4つのカメラで結像可能な被測定物の被視点の3次元座標位置のマッチングと測定に適用される。   One four-camera set (ie, a four-camera planar array) using the above arrangement proposed in the present invention is one smallest basic three-dimensional stereo measurement unit, with similar rules and methods. Accordingly, it is possible to build a three-dimensional measurement system for a planar array of multi-camera sets consisting of more cameras (2N, where N is a positive integer greater than or equal to 2), with similar rules and methods Based on this, a three-dimensional coordinate system corresponding to each set of four cameras can be constructed, or a unified three-dimensional coordinate system can be constructed. The matching method and the measuring method of the embodiment of the present invention are used for matching and measuring the three-dimensional coordinate position of the viewpoint of the object to be measured that can be imaged by four cameras of one four-camera set arranged as described above. Applied.

説明の利便性のために、1つの4カメラ組の4つの焦点から形成される直四角形を参照直四角形と称する。それとともに、a像平面とd像平面は、互いに対角位置像平面であり、b像平面とc像平面は、互いに対角位置像平面である。   For convenience of explanation, a rectangular shape formed from four focal points of one four-camera set is referred to as a reference rectangular shape. At the same time, the a and d image planes are mutually diagonal position image planes, and the b and c image planes are mutually diagonal position image planes.

(2)4カメラ組の平面アレイの特徴点の横方向マッチングと縦方向マッチング、及び特徴点の空間位置座標の計算
図2は、被視体の1つの被視点P、及び当該点のa像平面とb像平面における結像点の投影模式図であり、図2を参照すると、結像原理によって、P点のa、b像平面における結像点は、それぞれP、Pであり、P点、P点、P点の2つの焦点O、Oが位置し、且つOXZ座標平面に平行な平面における投影は、それぞれP'点、P'点、P'点である。
(2) Lateral matching and vertical matching of feature points of a four-camera plane array, and calculation of spatial position coordinates of feature points FIG. 2 shows one view point P of a subject and an a image of the point. FIG. 2 is a schematic diagram of projection of image formation points on the plane and the b image plane. Referring to FIG. 2, the image formation points of the P point a and b image planes are P a and P b , respectively, according to the image formation principle. point P, P a point, and two focus O a, O b is the position of P b point, and projection in a plane parallel to OXZ coordinate plane, respectively P 'point, P a' point, the P b 'point is there.

直線がa、bの2つの像平面からなる結像面に平行であり、P点、O点、及びO点3つの点から形成される三角形がa、b2つの像平面が位置する平面と交差し、交線が直線Pであるため、P直線とO直線は、互いに平行である。 The O a O b straight line is parallel to the image plane consisting of two image planes a and b , and a triangle formed by three points P, O a and O b is the two image planes a and b. Intersects the plane on which is located and the intersecting line is a straight line P a P b , the P a P b straight line and the O a O b straight line are parallel to each other.

図3は、図2のP点、P点、及びP点のOXZ座標平面における投影模式図である。 3, P point of Fig. 2 is a projection schematic view in OXZ coordinate plane P a point, and P b points.

図3を参照すると、mは、Oの長さであり、uは、各画像センサのターゲット表面の長さであり、P'点、P'点、及びP'点は、それぞれP点、P点、及びP点のOXZ座標平面における投影点であり、PaxとPbxは、それぞれP'点とP'点のa像平面とb像平面におけるX軸方向の座標値である。 Referring to FIG. 3, m is the length of O a O b , u is the length of the target surface of each image sensor, and the points P ′, P a ′, and P b ′ are P points respectively, and the projection points in OXZ coordinate plane P a point, and P b point P ax and P bx are, X-axis in a image plane and b image plane P a 'point and P b' point, respectively The coordinate value of the direction.

明らかに、Paxは、Pbxより大きい。即ち、a像平面の座標原点に対するP点のa像平面における結像点の水平オフセットは、b像平面の座標原点に対する当該点のb像平面における結像点の水平オフセットより大きい。 Apparently, P ax is greater than P bx . That is, the horizontal offset of the image point in the a image plane of the point P with respect to the coordinate origin of the a image plane is larger than the horizontal offset of the image point in the b image plane of the point with respect to the coordinate origin of the b image plane.

従って、下記のマッチング条件が得られる。   Therefore, the following matching conditions are obtained.

マッチング条件1):1つの被視点が1つの4カメラ組の4つの像平面に結像するとき、横方向で互いに隣り合う2つの像平面における結像点は、当該被視点の左側の像平面における結像点と当該被視点の対応する右側の像平面における結像点が横方向の座標軸に平行な同一の直線上に位置し、当該左側の像平面の座標原点に対する当該左側の像平面における結像点の水平オフセットが当該右側の像平面の座標原点に対する当該右側の像平面における結像点の水平オフセットより大きい、という条件を満足する。   Matching condition 1): When one subject forms an image on four image planes of a set of four cameras, the image point on two image planes adjacent to each other in the lateral direction is the image plane on the left side of the subject And the image point on the right image plane corresponding to the subject is located on the same straight line parallel to the coordinate axis in the horizontal direction, and on the left image plane relative to the coordinate origin of the left image plane. The condition that the horizontal offset of the imaging point is greater than the horizontal offset of the imaging point in the right image plane relative to the coordinate origin of the right image plane is satisfied.

マッチング条件1)は、a、b像平面の横方向マッチングに適用され、同じように、c、d像平面の横方向マッチングにも適用される。1つの4カメラ組のうち、横方向で互いに隣り合う2つの像平面は、対応する左側の平面と右側の平面である。即ち、左側の像平面aに対応する右側の像平面は、bであり、左側の像平面cに対応する右側の像平面は、dである。   Matching condition 1) applies to lateral matching of the a and b image planes, and similarly applies to lateral matching of the c and d image planes. Two image planes that are adjacent to each other in the horizontal direction in one set of four cameras are a corresponding left-side plane and right-side plane. That is, the right image plane corresponding to the left image plane a is b, and the right image plane corresponding to the left image plane c is d.

同じように、下記のマッチング条件が得られる。   Similarly, the following matching conditions are obtained.

マッチング条件2):1つの被視点が1つの4カメラ組の4つの像平面に結像するとき、縦方向で互いに隣り合う2つの像平面における結像点は、当該被視点の上側の像平面における結像点と当該被視点の対応する下側の像平面における結像点が縦方向の座標軸に平行な同一の直線上に位置し、上側の像平面の座標原点に対する当該上側の像平面における結像点の垂直オフセットが下側の像平面の座標原点に対する当該下側の像平面における結像点の垂直オフセットより大きい、という条件を満足する。   Matching condition 2): When one subject forms an image on four image planes of one four-camera set, an image point on two image planes adjacent to each other in the vertical direction is an image plane above the subject And the image point on the lower image plane corresponding to the subject is located on the same straight line parallel to the longitudinal coordinate axis, and on the upper image plane relative to the coordinate origin of the upper image plane. The condition that the vertical offset of the imaging point is greater than the vertical offset of the imaging point in the lower image plane relative to the coordinate origin of the lower image plane is satisfied.

マッチング条件2)は、a、c像平面の縦方向マッチングに適用され、同じように、b、d像平面の縦方向マッチングにも適用される。1つの4カメラ組のうち、縦方向で互いに隣り合う2つの像平面は、対応する上側の平面と下側の平面である。即ち、上側の像平面aに対応する下側の像平面は、cであり、上側の像平面bに対応する下側の像平面は、dである。   Matching condition 2) applies to vertical matching of the a and c image planes, and similarly applies to vertical matching of the b and d image planes. Two image planes adjacent to each other in the vertical direction in one set of four cameras are the corresponding upper and lower planes. That is, the lower image plane corresponding to the upper image plane a is c, and the lower image plane corresponding to the upper image plane b is d.

上記の内容、及び三角形の類似の原理に基づいて、図3に対して、下記のような式が得られる。   Based on the above and similar principles of triangles, the following equations are obtained for FIG.

(Pax−Pbx)を横方向マッチング時のa像平面における結像点に対するb像平面における結像点の横方向オフセット値と定義し、Δxと定義する。すると、下記のような式が得られる。 (P ax -P bx ) is defined as a lateral offset value of the imaging point on the b image plane with respect to the imaging point on the a image plane at the time of the horizontal matching, and is defined as Δx. Then, the following formula is obtained.

同じように、c、d像平面の横方向マッチング時の座標演算式を下記のように推定することができる。   Similarly, the coordinate calculation formula at the time of the horizontal matching of the c and d image planes can be estimated as follows.

即ち、(Pax−Pbx)=(Pcx−Pdx)=Δxであり、(Pcx−Pdx)は、横方向マッチング時のc像平面における結像点に対するd像平面における結像点の横方向オフセット値である。 That is, (P ax −P bx ) = (P cx −P dx ) = Δx, and (P cx −P dx ) is an image in the d image plane with respect to an image forming point in the c image plane at the time of horizontal matching. The horizontal offset value of the point.

横方向マッチングと同じように、縦方向マッチング時の座標演算式を推理することができ、(Pay−Pcy)を縦方向マッチング時のa像平面における結像点に対するc像平面における結像点の縦方向オフセット値と定義し、Δyと定義する。 As in the case of the horizontal matching, a coordinate calculation formula at the time of the vertical matching can be inferred, and (P ay −P cy ) is imaged on the c image plane with respect to the image forming point on the a image plane at the time of vertical matching. It is defined as the vertical offset value of the point and is defined as Δy.

即ち、(Pay−Pcy)=(Pby−Pdy)=Δyであり、(Pby−Pdy)は、縦方向マッチング時のb像平面における結像点に対するd像平面における結像点の縦方向オフセット値である。 That is, (P ay -P cy ) = (P by -P dy ) = Δy, and (P by -P dy ) is an image formed on the d image plane with respect to an image forming point on the b image plane during vertical matching. This is the vertical offset value of the point.

(3)4カメラ組の平面アレイの特徴点の横方向マッチングと縦方向マッチングの更なる派生
同一の被視点に対して、計算式2、計算式4、計算式6、及び計算式8に基づいて、下記のような式を推定することができる。
(3) Further derivation of the horizontal matching and vertical matching of the feature points of the four-camera plane array Based on the calculation formula 2, the calculation formula 4, the calculation formula 6, and the calculation formula 8 for the same viewpoint Thus, the following equation can be estimated.

さらに、下記の計算式(計算式9)を得ることができる。   Furthermore, the following calculation formula (calculation formula 9) can be obtained.

これから、下記のマッチング条件を得ることができる。
マッチング条件3):1つの被視点の1つの4カメラ組の4つの像平面において対応するマッチング点組は、横方向オフセット値と縦方向オフセット値の比率が参照直四角形の長さと幅の比率と同じである、という条件を満足することであり、ここで、横方向オフセット値は、当該被視点の1つの左側の像平面における結像点が当該左側の像平面の座標原点に対する水平オフセットと当該被視点の対応する右側の像平面における結像点が当該右側の像平面の座標原点に対する水平オフセットの差であり、縦方向オフセット値は、当該被視点の1つの上側の像平面における結像点が当該上側の像平面の座標原点に対する垂直オフセットと当該被視点の対応する下側の像平面における結像点が当該下側の像平面の座標原点に対する垂直オフセットの差であり、ここで、マッチング点組とは、4つの像平面においてマッチング条件3)を満足し、画像特徴が類似している4つの結像点であり、サブマッチング点組とは、特にベース像平面と隣り合う2つの像平面においてマッチング条件3)を満足する結像点である。
From this, the following matching conditions can be obtained.
Matching condition 3): Matching point pairs corresponding to four image planes of one four-camera set of one subject are such that the ratio of the horizontal offset value and the vertical offset value is the ratio of the length and width of the reference square. Where the horizontal offset value is the horizontal offset relative to the coordinate origin of the left image plane relative to the coordinate origin of the left image plane. The imaging point on the right image plane corresponding to the subject is the difference in horizontal offset from the coordinate origin of the right image plane, and the vertical offset value is the imaging point on one upper image plane of the subject Is the vertical offset with respect to the coordinate origin of the upper image plane and the imaging point on the lower image plane corresponding to the subject is the vertical offset with respect to the coordinate origin of the lower image plane Here, the matching point set is four imaging points that satisfy the matching condition 3) in the four image planes and have similar image characteristics, and the sub-matching point set is particularly based on This is an imaging point that satisfies the matching condition 3) in two image planes adjacent to the image plane.

2.4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法の唯一性証明
4カメラ組の平面アレイのマッチング方法を用いると、特徴点に対する唯一性マッチングを実現することができ、当該マッチング方法は、良好な普遍性と適用性を有し、下記のように証明する。
2.4 Uniqueness Proof of Matching Method for Feature Point of Plane Array of 4 Cameras Set Uniqueness matching for feature point can be realized by using matching method of planar array of 4 camera set, and the matching method is good It has the universality and applicability and proves as follows.

まず、図4は、ただa、b像平面において横方向マッチングを行うときに不明確点が現れる立体模式図を示し、図4を参照すると、P点は、空間の被測定物の1つの被視点であり、座標は、P(P,P,P)であり、当該被視点のa、b像平面における結像点(Imaging Point)は、それぞれP、Pである。マッチング演算時、P点を基準点(特徴点)として、b像平面において当該点にマッチングする結像点を探す。P点が確定された後、マッチング条件1)に基づいて、b像平面においてP点にマッチングする結像点は、P点を通過し、且つX軸に平行な1つの直線上に位置し、当該マッチングする結像点のb像平面における水平座標値は、P点のa像平面における水平座標値より小さい。P点にとって、それがa像平面における位置が一旦確定されると、P点に対応する被視点は、Oが位置する射線(または画素投影線と称し、即ち、1つのカメラの焦点といずれかの結像点により確定される射線)の延長線上に位置し、a、b像平面の間のマッチングは、両眼マッチングに属し、現在知られている両眼マッチングの演算規則、演算方法、及び拘束条件によると、P点の画像特徴が与えられている場合、これに基づいて確定される当該点のb像平面におけるマッチングする結像点は、一般的に、1つだけではなく、複数個存在する可能性があるため、両眼マッチングの唯一性に問題が発生してしまう。現在、解決すべきな問題は、マッチング条件を満足する複数のマッチング点のうち、不明確性が存在する1つまたは複数の点を排除し、b像平面においてP点と唯一マッチングする結像点Pを確定することである。 First, FIG. 4 shows a three-dimensional schematic diagram in which an indefinite point appears when performing lateral matching on the a and b image planes. Referring to FIG. 4, point P represents one object to be measured in space. The viewpoint is a coordinate, P (P x , P y , P z ), and imaging points (Imaging Points) on the a and b image planes of the subject are P a and P b , respectively. Time matching calculation, the reference point P a point (feature point), look for imaging point matching to the point in b image plane. After P a point is determined, based on the matching condition 1), the imaging point matching the P a point in b image plane passes through the P a point, and in one straight line parallel to the X axis position, and horizontal coordinate values of b image plane of the imaging points of the matching is smaller than the horizontal coordinate value of a picture plane P a point. For P a point, referred to it as soon as the position in a picture plane is once determined, the viewpoint corresponding to P a point, and O a P a is located ray (or pixel projection line, i.e., one camera The matching between the a and b image planes belongs to binocular matching, and currently known binocular matching calculation rules , calculation methods, and according to the constraint condition, P when the image features of a point is given, the imaging point of matching in b image plane of the points to be determined on the basis of this, generally, one In addition, since there is a possibility that there are a plurality of them, a problem occurs in the uniqueness of binocular matching. Currently, such to be solved problem, among the plurality of matching points that satisfy the matching condition, eliminating one or more points ambiguity exists, imaging of only matching and P a point in b image plane it is to determine the point P b.

このために、P'点がb像平面においてP点とマッチングする別の結像点であると仮定すると、マッチング条件1)によって、当該点とPは、同一の直線上に位置し、当該点とOの連結線により確定される射線とOが位置する射線は、同一の平面に位置し、且つ2つの射線は互いに交差し、交点をP'点と設定する。したがって、P'点がP'点のb像平面における結像点であり、当該点もa像平面におけるP点に対応すると見なすことができる。 For this, assuming that the different image points P b 'point is matched with the P a point in b image plane, the matching condition 1), the point and P a P b are same straight line in set position, and rays and O a P a to be determined by the connecting line of the point and O b is located rays are positioned in the same plane, and the two rays intersect each other, an intersection point between P 'point To do. Therefore, an imaging point P b 'point P' in the b image plane of the point can be the point also considered to correspond to the P a point in a picture plane.

図5は、1つの理想的な直線PP'が4つの像平面で結像する立体模式図であり、図6は、図5の4つの像平面における結像点の平面模式図である。図5と図6を参照すると、P点とP'点のc像平面とd像平面における結像点を見ることができる。ここで、P点、及びP'点のa像平面における結像点Pa、及びPa'は、互いに重なる。P点、P点、P点、及びP点(P、P、P、及びP)は、P点に対応する1つのマッチング点組であり、且つP点に対応する唯一性マッチング点組である。P'点、P'点、P'点、及びP'点(P'、P'、P'、及びP')は、P'点に対応する1つのマッチング点組であり、且つP'点に対応する唯一性マッチング点組である。 FIG. 5 is a three-dimensional schematic diagram in which one ideal straight line PP ′ forms an image on four image planes, and FIG. 6 is a schematic plan view of image forming points on the four image planes in FIG. Referring to FIGS. 5 and 6, the image points on the c image plane and the d image plane at the points P and P ′ can be seen. Here, the imaging points Pa and Pa ′ in the a image plane of the point P and the point P ′ overlap each other. P a point, P b point, P c point, and P d point (P a , P b , P c , and P d ) are one matching point set corresponding to P point and correspond to P point Uniqueness matching point set. The points P a ′, P b ′, P c ′, and P d ′ (P a ′, P b ′, P c ′, and P d ′) are one matching point corresponding to the point P ′. It is a uniqueness matching point set corresponding to the P ′ point.

4カメラ組の平面アレイのマッチングアルゴリズムの唯一性は、マッチング条件によって、Pを基準点として、b、c、d像平面においてそれと唯一マッチングする結像点を探すことにある。まず、b像平面においてマッチングする結像点P、及び別の任意に仮定したマッチングする結像点P'を探し、2つの結像点がいずれもPのマッチング点である場合、画像結像原理によって、a、b、c、d像平面において図5に示された結像点を得る。また、図6のP(P')、P'、P'、及びP'がPP'直線の4つの像平面における投影画像であり、ここで、PとP'が互いに重なる、ということも推理することができる。 The uniqueness of the matching algorithm for the four-camera plane array is to search for an imaging point that uniquely matches the b, c, d image plane with Pa as a reference point according to the matching condition. First, looking imaging point matching in b image plane P b, and the other arbitrarily assumed matched to imaging point P b ', if the two image forming point is the matching point of both P a, the image By the imaging principle, the imaging points shown in FIG. 5 are obtained in the a, b, c, and d image planes. Further, P a (P a ′), P b P b ′, P c P c ′, and P d P d ′ in FIG. 6 are projected images on four image planes of the PP ′ straight line, where P It can also be inferred that a and P a ′ overlap each other.

もし、図5のPP'と同じか、または類似している理想的な1つの直線が存在すると、当該直線の1つの4カメラ組の4つの像平面における結像点は、図5と図6に示されるようになる。PP'は、ただ1つの例示であり、実際に、PP'の間のすべての被視点のa像平面における結像点は、いずれもP点である。言い換えると、このような状況に対して、a像平面をベース像平面とすると、P点は、複数の組のマッチング点に対応するが、各組のマッチング点は、唯一の被視点に対応する。 If there is one ideal straight line that is the same as or similar to PP ′ in FIG. 5, the imaging points in the four image planes of one four-camera set of the straight line are the same as in FIG. 5 and FIG. 6. As shown in PP 'is only one example, actually, PP' all imaging point in a picture plane of the viewpoint during each a P a point. In other words, for such a situation, if the base image plane a image plane, P a point, but correspond to a plurality of pairs of matching points, each set of matching points, corresponding to only the viewpoint To do.

図6に基づき、以下の計算式9:   Based on FIG. 6, the following calculation formula 9:

と組み合わせて、下記のようなマッチング条件を得ることができる。   In combination, the following matching conditions can be obtained.

マッチング条件4):1つの被視点の1つの4カメラ組の4つの像平面における結像点は、1つの直四角形を形成し、当該直四角形の横方向の長さと縦方向の長さの比率は、参照直四角形の長さと幅の比率と同じであり、2対の対角位置にある2つの像平面における結像点は、それぞれ参照直四角形の2つの対角線に平行な2つの直線上に位置する。   Matching condition 4): The imaging points on the four image planes of one four-camera set of one subject form one square, and the ratio of the length in the horizontal direction to the length in the vertical direction of the square Is the same as the ratio of the length and width of the reference square, and the imaging points on the two image planes at the two diagonal positions are on two straight lines parallel to the two diagonals of the reference square, respectively. To position.

上記内容に基づいて、被視体に上記のようなPP'に類似している直線が現れる場合、a、b像平面に応じて両眼マッチングを行うときに1つの点が複数の点にマッチングすることが発生すると、唯一性マッチングの要求を満足できなくなり、従ってマッチング不明確が発生することになる。しかしながら、c、d像平面をa、b像平面のマッチングの参照とし、特にd像平面においてPP'直線が1つの傾斜になっている直線になると、4つの像平面においてP'の各像平面における唯一性マッチング点、及びPP'直線上の各点に対応する唯一性マッチング点組を探すことができ、さらに上記座標演算式に基づいてPP'直線上の点の空間位置座標を計算することができる。これは、機械製図で3つの透視図(three views)を必要とすることと類似であり、2つの透視図の場合、物体に対する理解の不明確性が現れるが、3つの透視図の場合は、このような状況が発生しない。   Based on the above contents, if a straight line similar to PP 'as shown above appears on the object, one point matches multiple points when binocular matching is performed according to the a and b image planes. If this occurs, the uniqueness matching requirement cannot be satisfied, and matching uncertainty will occur. However, if the c and d image planes are used as a reference for matching the a and b image planes, and the PP ′ straight line is a single inclined line in the d image plane, each image plane of P ′ in the four image planes. Uniqueness matching points in, and uniqueness matching point pairs corresponding to each point on the PP ′ line, and further calculating the spatial position coordinates of the points on the PP ′ line based on the above coordinate arithmetic expression Can do. This is similar to the need for three views in mechanical drawing, and in the case of two perspectives, the ambiguity of understanding of the object appears, but in the case of three perspective views, Such a situation does not occur.

マッチングの唯一性をさらに証明するために、下記の状況を考える。   To further prove the uniqueness of matching, consider the following situation.

第1の状況:P'点は、b像平面における画像特徴がP点の画像特徴とお互いにマッチングする別の1つの点であり、それとともに、P'点は、P'点のb像平面における投影結像点ではなく、空間のb像平面においてP'投影結像点を発生できるいずれかの別の1つの点であると仮定すると、P点と設定する。図7は、マッチング唯一性を証明する投影模式図である。図7を参照すると、P'点、P点、及びP″点のb像平面における結像点は、互いに重なる。結像原理によって、P点の4つの像平面に投影された立体模式図は、図8に示されたようになる。P点のa、b、c、及びd像平面における投影点をそれぞれPna、Pnb、Pnc、及びPndと設定すると、図9は、P点、及びP点のa、b、c、及びd像平面における結像点を示す。 First situation: P b ′ point is another point where the image feature in the b image plane matches the image feature of point P a with each other, and P b ′ point is Assuming that it is not a projected imaging point in the b image plane, but any other one that can generate a P b 'projected imaging point in the b image plane in space, it is set as the P n point. FIG. 7 is a schematic diagram of projection that proves matching uniqueness. Referring to FIG. 7, the image forming points on the b image plane of the points P ′, P n and P ″ overlap each other. The solid model projected on the four image planes of the point P n by the image forming principle. The figure is as shown in Fig. 8. If the projection points of the P n points on the a, b, c, and d image planes are set as P na , P nb , P nc , and P nd , respectively, Indicates image forming points in the a, b, c, and d image planes of the P point and the P n point.

4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法によって、図9から分かるように、Pnc点とP点は、1つの縦方向の直線上に位置しないため、マッチング条件2)を満足せず、PndとP点は、1つの4カメラ組の焦点から形成される直四角形の対角線に平行な1つの直線上に位置しないため、マッチング条件4)を満足しない。従って、両眼マッチング時、マッチングが不明確である結像点P'とPnbが現れたが、4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法により、別の1つの任意に仮定したマッチング点PnbがP点のa像平面における結像点にマッチングする結像点ではないと確定することができる。このような場合、4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法を利用して、両眼マッチングでよく現れる不明確性を効率的に排除することができる。 The matching method of feature points 4 camera set of planar arrays, as can be seen from Figure 9, P nc point and P a point, because it does not lie on a single longitudinal straight, does not satisfy the matching condition 2) , P nd and P a points do not satisfy the matching condition 4) because they are not positioned on one straight line parallel to the diagonal of the rectangular quadrilateral formed from the focus of one 4-camera set. Therefore, in binocular matching, imaging points P b ′ and P nb in which matching is unclear appear, but another one arbitrarily assumed matching is performed by the matching method of the feature points of the four-camera plane array. It can be determined that the point P nb is not an imaging point that matches the imaging point on the a image plane of the P point. In such a case, the ambiguity that often appears in binocular matching can be efficiently eliminated by using a method of matching feature points of a planar array of four cameras.

第2の状況:P'点がP'点のb像平面における投影ではなく、具体的にO直線に平行な直線PP″上のいずれかの点P″のb像平面における投影であると仮定すると、P″と設定する。図10は、P″点が4つの像平面に投影される立体模式図を示し、図11は、P点とP″点のa、b、c、及びd像平面における各結像点を示し、ここで、P″点とP点は、互いに重なる。 Second situation: the point P b ′ is not a projection of the P ′ point on the b image plane, but specifically a projection of any point P ″ on the b image plane on the straight line PP ″ parallel to the O a O b line. Is set as P b ″. FIG. 10 shows a three-dimensional schematic diagram in which the P ″ point is projected onto four image planes, and FIG. 11 shows a, b, Each image point in the c and d image planes is shown, where the P b ″ point and the P n point overlap each other.

4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法によって、図11から分かるように、P″点とP点は、1つの縦方向の直線上に位置しないため、マッチング条件2)を満足せず、P″点とP点は、1つの4カメラ組の焦点から形成される直四角形の対角線に平行な1つの直線上に位置しないため、マッチング条件4)を満足しない。従って、O直線に平行な直線PP″上の別のいずれかの1つの点P″のb像平面における結像点はP点のa像平面における結像点にマッチングする結像点ではないと確定することができる。 The 4 camera sets the matching method of the feature points of the planar array, as can be seen from FIG. 11, P c "point and P a point, because it does not lie on a single longitudinal straight, not satisfy the matching condition 2) not, P d "point and P a point, because not located on one straight line parallel to the diagonal of the rectangular shape which is formed from one of the four camera sets the focus, not satisfied matching condition 4). Therefore, the imaging point in the b image plane of any one other point P ″ on the straight line PP ″ parallel to the O a O b straight line matches the imaging point in the a image plane of the P point. It can be determined that this is not the case.

しかしながら、もし1つの4カメラ組の焦点から形成される直四角形に平行な1つの平面が存在し、当該平面に画像特徴が近似している4つの被視点P、P1、P2、P3が存在し、図12に示されたように、この4つの被視点が当該直四角形のサイズに近似している直四角形のように配置されたと仮定すると、もしP点に対応するマッチング点を探すと、P3点も4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング条件を満足し、これは、第2の状況で考慮した更なる特例である。   However, if there is one plane parallel to a rectangular shape formed from the focus of one 4-camera set, and there are four viewpoints P, P1, P2, P3 whose image features are approximated to the plane. As shown in FIG. 12, assuming that the four viewpoints are arranged like a square that approximates the size of the square, if a matching point corresponding to the point P is found, P3 The points also satisfy the matching condition of the feature points of the planar array of 4 camera sets, which is a further special case considered in the second situation.

即ち、実際、被視点P、P1、P2、及びP3に対応するマッチング点組は、それぞれ(P、P、P、及びP)、(Pa1、Pb1、Pc1、及びPd1)、(Pa2、Pb2、Pc2、及びPd2)、及び(Pa3、Pb3、Pc3、及びPd3)であるが、P3点の存在により、P点に対して、マッチング方法によって探し出した複数の組のマッチング点組のうち、(P、P、P、及びP)を排除する以外に、不明確な1つのマッチング点組(P、Pb1、Pc2、及びPd3)がさらに存在する。 That is, the matching point sets corresponding to the viewpoints P, P1, P2, and P3 are actually (P a , P b , P c , and P d ), (P a1 , P b1 , P c1 , and P c , respectively). d1 ), (P a2 , P b2 , P c2 , and P d2 ), and (P a3 , P b3 , P c3 , and P d3 ), but matching to the P point due to the presence of the P3 point In addition to excluding (P a , P b , P c , and P d ) from among a plurality of matching point groups found by the method, one unclear matching point group (P a , P b1 , P c2 and P d3 ) are further present.

もし、このような状況が現れると、a像平面において被視点P、P1、P2、及びP3に対応する4つの点P、Pa1、Pa2、及びPa3を探すことができ、ここで、(P、Pa1、Pa2、及びPa3)、(P、Pb1、Pb2、及びPb3)、(P、Pc1、Pc2、及びPc3)、及び(P、Pd1、Pd2、及びPd3)は、それぞれ1つの4カメラ組の焦点から形成される直四角形と類似している直四角形を形成する。 If such a situation appears, four points P a , P a1 , P a2 , and P a3 corresponding to the viewpoints P, P1, P2, and P3 in the a image plane can be searched, where , (P a , P a1 , P a2 , and P a3 ), (P b , P b1 , P b2 , and P b3 ), (P c , P c1 , P c2 , and P c3 ), and (P d , P d1 , P d2 , and P d3 ) each form a rectangular shape that is similar to the rectangular shape formed from the focus of one 4-camera set.

下記の方法により、不明確な1つのマッチング点組を探すことができる。即ち、上記の状況に対して、マッチング条件に基づいて、ベース像平面における結像点Pに対して、複数のマッチング点組(P、P、P、及びP)と(P、Pb1、Pc2、及びPd3)を探すと、a像平面にP点を左上の端点とし、且つ参照直四角形と類似している直四角形Pa1a2a3が存在し、さらに、d像平面に直四角形Pa1a2a3とまったく同じ唯一対応する直四角形Pa3b3c3d3が存在すると確定すれば、Pに対応する唯一のマッチング点がPであり、且つPa3に対応する唯一のマッチング点がPd3であると確定することができ、不明確なマッチング点組を排除することができる。 One unclear matching point set can be searched for by the following method. That is, for the situation described above, based on the matching condition with respect to the imaging point P a at the base image plane, a plurality of matching point pairs (P a, P b, P c, and P d) and (P a, P b1, P c2, and the P d3) Find the P a point as the upper left end point in a image plane, and reference exists rectangular shape rectangular shape similar to the P a P a1 P a2 P a3 Furthermore, if it is determined that there exists a square quadrilateral P a3 P b3 P c3 P d3 that is exactly the same as the square quadrilateral P a P a1 P a2 P a3 in the d image plane, the only matching point corresponding to P a Can be determined to be P d and the only matching point corresponding to P a3 is P d3 , and unclear matching point sets can be eliminated.

同じように、b、cまたはd像平面をベース像平面とする状況に対して、類似な推理方式を使用して、探し出した不明確な1つまたは複数のマッチング点組を排除することができる。   Similarly, for situations where the b, c, or d image plane is the base image plane, a similar reasoning scheme can be used to eliminate one or more unambiguous matching point sets that have been found. .

本発明の実施例において、1つの4カメラ組の4つの像平面において結像可能な被視点に対して、マッチング条件に応じてマッチングすることによって、被視点の空間位置座標を得、3Dポイントクラウドデータを形成し、さらに3Dポイントクラウド図形を確立することができ、被視体に対して、3次元立体再現を行うことができる。4カメラ組マッチングの唯一性特性により、被視点の空間位置座標も唯一のものであり、一対多数または多数対一の不明確性が現れない。   In an embodiment of the present invention, a spatial position coordinate of a subject is obtained by matching a subject that can be imaged on four image planes of one set of four cameras according to matching conditions, and a 3D point cloud is obtained. Data can be formed, 3D point cloud graphics can be established, and 3D solid reproduction can be performed on the object. Due to the uniqueness characteristics of the four-camera group matching, the spatial position coordinates of the subject are unique, and there is no one-to-many or many-to-one ambiguity.

3.4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法と測定方法
上記のマッチング原理、マッチング条件、マッチング計算式、及びマッチング方法に基づいて、1つの実施態様において、図13を参照すると、4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法は、下記のステップを含む。
3.4 Method for Matching and Measuring Feature Point of Planar Array of Camera Set Based on the above matching principle, matching condition, matching calculation formula, and matching method, in one embodiment, referring to FIG. The method for matching feature points of a set of planar arrays includes the following steps.

a1.1つの4カメラ組の4つのカメラに対応する4つの像平面のうちのいずれか1つの像平面をベース像平面として、上記ベース像平面の1つの特徴点に対して、横方向で当該ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探す。   a1.1 Any one of four image planes corresponding to four cameras of a set of four cameras is set as a base image plane, and the feature image is laterally applied to one feature point of the base image plane. Find all matching points that match the feature point in the image plane adjacent to the base image plane.

ステップa1において、上記ベース像平面の1つの特徴点に対して、マッチング条件1)に基づいて、横方向で上記ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探す。   In step a1, with respect to one feature point on the base image plane, all matching points that match the feature point in the image plane adjacent to the base image plane in the lateral direction are searched based on the matching condition 1). .

a2.上記ステップa1における上記ベース像平面の上記特徴点に対して、縦方向で当該ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探す。   a2. With respect to the feature points on the base image plane in step a1, all matching points that match the feature points in the image plane adjacent to the base image plane in the vertical direction are searched.

ステップa2において、上記ステップa1における上記ベース像平面の上記特徴点に対して、マッチング条件2)に基づいて、縦方向で上記ベース像平面と隣り合う像平面において上記特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探す。   In step a2, all matchings that match the feature points in the image plane adjacent to the base image plane in the vertical direction based on the matching condition 2) with respect to the feature points of the base image plane in step a1. Find a point.

a3.上記ステップa1で探し出したすべてのマッチング点と上記ステップa2で探し出したすべてのマッチング点を再マッチングさせて、対応するすべてのサブマッチング点組を探す。   a3. All matching points found in step a1 are rematched with all matching points found in step a2, and all corresponding sub-matching point sets are searched.

ステップa3において、上記ステップa1で探し出したすべてのマッチング点と上記ステップa2で探し出したすべてのマッチング点に対して、マッチング条件3)に基づいて再マッチングさせて、上記マッチング条件3)を満足しないマッチング点を排除し、上記マッチング条件3)を満足するマッチング点を、横方向オフセット値または縦方向オフセット値の大きさ関係に応じてペアリングしてサブマッチング点組を形成する。   In step a3, all matching points found in step a1 and all matching points found in step a2 are rematched based on the matching condition 3), and the matching does not satisfy the matching condition 3) The matching points satisfying the matching condition 3) are paired according to the magnitude relationship of the horizontal direction offset value or the vertical direction offset value to eliminate the points and form a sub-matching point set.

a4.上記ベース像平面の上記特徴点、及び上記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組に基づいて、上記ベース像平面の対角位置にある像平面である対角位置像平面において、上記ベース像平面の上記特徴点、及び上記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組に対応するマッチング点を探す。   a4. Based on the feature points of the base image plane and all the sub-matching point sets found in step a3, the base image in the diagonal position image plane, which is the image plane at the diagonal position of the base image plane, Search is made for the matching points corresponding to the feature points on the plane and all the sub-matching point sets found in step a3.

ステップa4において、上記ベース像平面の上記特徴点、及び上記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組に基づいて、いずれかのサブマッチング点組に対して、上記マッチング条件1)と上記マッチング条件2)に応じて上記対角位置像平面におけるマッチング点を探し、上記ステップa3で探し出したサブマッチング点組の座標に基づいて、上記対角位置像平面におけるマッチング点の座標を得、当該マッチング点の横座標は、縦方向で上記対角位置像平面と隣り合う像平面におけるマッチング点の横座標と同じであり、縦座標は、横方向で上記対角位置像平面と隣り合う像平面におけるマッチング点の縦座標と同じであり、座標が確定された後、上記対角位置像平面におけるマッチング点、及び別の3つの像平面におけるマッチング点に対して、画像特徴の類似性マッチングを行い、マッチングに成功した場合、上記4つの像平面における4つの結像点は、1つのマッチング点組を形成し、マッチングが不可能である場合、上記対角位置像平面におけるマッチング点、及び当該マッチング点に対応する上記ステップa3で探し出したマッチング点組を排除する。   In step a4, based on the feature points on the base image plane and all the submatching point sets found in step a3, the matching condition 1) and the matching condition are set for any submatching point set. 2), the matching point in the diagonal position image plane is searched for, the coordinates of the matching point in the diagonal position image plane are obtained based on the coordinates of the sub-matching point set found in step a3, and the matching point Is the same as the abscissa of the matching point in the image plane adjacent to the diagonal position image plane in the vertical direction, and the ordinate is the matching in the image plane adjacent to the diagonal position image plane in the horizontal direction. Is the same as the ordinate of the point, and after the coordinates are established, the matching point in the diagonal position image plane and the other three image planes When image feature similarity matching is performed on matching points and matching is successful, the four image points on the four image planes form one matching point set, and matching is impossible The matching points in the diagonal position image plane and the matching point set found in step a3 corresponding to the matching points are excluded.

a5.上記ベース像平面の上記特徴点、上記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組、及び上記ステップa4で探し出したマッチング点に基づいて、上記4つの像平面において同一の被視点に対応する唯一性マッチング点組を確定する。   a5. Uniqueness corresponding to the same subject in the four image planes based on the feature points of the base image plane, all sub-matching point sets found in step a3, and matching points found in step a4 Determine the matching point set.

ステップa5において、上記4つの像平面において同一の被視点に対応する唯一性マッチング点組は、マッチング条件4)を満足し、上記マッチング条件4)は、1つの被視点の1つの4カメラ組に対応する4つの像平面における結像点が1つの直四角形を形成し、当該直四角形の横方向の長さと縦方向の長さの比率が参照直四角形の長さと幅の比率と同じであり、2対の対角位置にある2つの像平面における結像点がそれぞれ参照直四角形の2つの対角線に平行な2つの直線上に位置することである。   In step a5, the unique matching point set corresponding to the same subject in the four image planes satisfies the matching condition 4), and the matching condition 4) is applied to one four camera set of one subject. The imaging points in the corresponding four image planes form one rectangular shape, and the ratio of the horizontal length and the vertical length of the rectangular shape is the same as the ratio of the length and width of the reference rectangular shape, That is, the image forming points in the two image planes at the two diagonal positions are located on two straight lines parallel to the two diagonal lines of the reference square.

ステップa5において、マッチング条件4)を満足するマッチング点組が1つだけある場合、マッチング結果は、唯一である。   In step a5, if there is only one matching point set that satisfies the matching condition 4), the matching result is unique.

ステップa5において、マッチング条件4)を満足するマッチング点組が複数存在する場合、上記ベース像平面に下記の条件を満足するベース直四角形、即ち、当該特徴点を1つの端点とし、上記ベース直四角形の当該特徴点を1つの端点とする対角線の延長線が上記対角位置像平面を通過し、当該対角線の長さが当該特徴点に対応するいずれかの2つのマッチング点組の上記対角位置像平面における2つのマッチング点の間の距離と同じであり、前記ベース直四角形は参照直四角形と近似しており、ベース直四角形の別の端点は、画像特徴が特徴点の画像特徴と近似しており、且つ当該特徴点の上記ベース像平面におけるマッチング点である、という条件を満足するベース直四角形が存在するか否かを判断する。   When there are a plurality of matching point sets satisfying the matching condition 4) in step a5, the base rectangular shape satisfying the following condition on the base image plane, that is, the feature point as one end point, and the base rectangular shape The diagonal line of the two matching point pairs in which the extension line of the diagonal line having the feature point of one of the end points passes through the diagonal position image plane and the length of the diagonal line corresponds to the feature point It is the same as the distance between two matching points in the image plane, the base square is approximated to the reference square, and another end point of the base square is approximated by the image feature of the feature point. Whether or not there is a base square that satisfies the condition that the feature point is a matching point on the base image plane.

上記ベース像平面にこのような直四角形が存在する場合、いずれかのベース直四角形に対して、上記対角位置像平面に当該ベース直四角形とまったく同じ唯一対応する直四角形が存在するか否かを確定する。   If there is such a square in the base image plane, whether or not there is a single corresponding square in the diagonal position image plane exactly the same as the base square for any of the base squares Confirm.

本発明の実施例において、対角位置像平面においていずれかのベース直四角形とまったく同じ唯一対応する直四角形とは、当該直四角形がベース直四角形とまったく同じであり、且つ当該直四角形の4つの端点とベース直四角形の相応する位置の4つの端点が互いにマッチング条件を満足し、画像特徴が類似している唯一対応する直四角形であり、従来の様々なマッチング演算方法または規則と組み合わせて、対角位置像平面にいずれかのベース直四角形に対応する唯一対応する直四角形が存在するか否かを確定することができ、関連するマッチング演算方法または規則は、本発明の発明の内容に属しない。従って、ここで詳細に説明せず、当業者は、様々な異なる方式を組み合わせて唯一対応する直四角形を探すことが考えられる。   In an embodiment of the present invention, a square corresponding to the only square exactly the same as any of the base squares in the diagonal position image plane means that the square is exactly the same as the base square and the four squares of the square The four end points corresponding to the end points and the base rectangular shape satisfy the matching conditions and are the only corresponding rectangular shapes having similar image characteristics. In combination with various conventional matching calculation methods or rules, It is possible to determine whether or not there is a single corresponding square in the angular position image plane corresponding to any of the base squares, and the related matching calculation method or rule does not belong to the content of the invention of the present invention. . Thus, without being described in detail here, one skilled in the art could combine various different schemes to find the only corresponding square.

存在する場合、まず、上記対角位置像平面において当該特徴点に対応する唯一のマッチング点を確定し、その後、上記マッチング条件1)と上記マッチング条件2)に基づいて当該特徴点の別の2つの像平面における唯一のマッチング点を確定し、不明確なマッチング点組を排除する。ここで、上記対角位置像平面において当該特徴点に対応する唯一のマッチング点を確定する方法は、下記のようである。上記ベース像平面の上記特徴点が上記ベース直四角形の1つの対角線の1つの端点である場合、上記対角位置像平面における唯一のマッチング点は、当該対角位置像平面における唯一対応する直四角形の延長線が上記特徴点を通過する対角線上の2つの端点のうちの1つであり、上記特徴点が上記ベース直四角形の上端に位置する場合、上記対角位置像平面において対応する唯一のマッチング点は、当該唯一対応する直四角形の上端の端点であり、そうではない場合、下端の端点である。上記対角位置像平面における非唯一性マッチング点に対して、当該点の上記ベース像平面における唯一のマッチング点が上記ベース像平面おける上記特徴点が位置する対角線上の別の1つの端点であると確定することができる。   If present, first, a unique matching point corresponding to the feature point in the diagonal position image plane is determined, and then another 2 of the feature point is determined based on the matching condition 1) and the matching condition 2). Determine the only matching points in one image plane and eliminate the unclear set of matching points. Here, a method of determining a unique matching point corresponding to the feature point on the diagonal position image plane is as follows. When the feature point of the base image plane is one end point of one diagonal line of the base square, the only matching point in the diagonal position image plane is the only corresponding square in the diagonal position image plane Is one of the two end points on the diagonal passing through the feature point, and the feature point is located at the upper end of the base square, the only corresponding point in the diagonal position image plane The matching point is the end point at the upper end of the only corresponding quadrilateral, otherwise it is the end point at the lower end. For a non-unique matching point in the diagonal position image plane, the only matching point of the point in the base image plane is another end point on the diagonal where the feature point in the base image plane is located. Can be determined.

存在しない場合、上記特徴点に対応する2つのマッチング点組は、2つの異なる被視点に対応し、上記2つの異なる被視点は、空間上で当該特徴点が上記ベース像平面に相対する画素投影線の延長線上に位置する。   If not, the two matching point pairs corresponding to the feature points correspond to two different subjects, and the two different subjects are pixel projections where the feature points are relative to the base image plane in space. Located on the line extension.

上記ベース像平面にこのような直四角形が存在しない場合、上記複数のマッチング点組は、複数の異なる被視点に対応し、上記複数の被視点は、空間上で当該特徴点が上記ベース像平面に相対する画素投影線の延長線上に位置する。   When such a rectangular shape does not exist in the base image plane, the plurality of matching point sets correspond to a plurality of different subjects, and the feature points have the feature points in the base image plane in space. It is located on the extension line of the pixel projection line opposite to.

下記に1つの実施例を挙げて詳細に説明する。   One example will be described in detail below.

図12を参照して簡単に述べると、下記のようである。a像平面をベース像平面と仮定し、a像平面の1つの特徴点Pに対して、b像平面において当該点にマッチングするすべてのマッチング点、例えばP、Pb1を探し、続いて特徴点Pに対して、c像平面において当該点にマッチングするすべてのマッチング点、例えばP、Pc2を探し、さらにP、Pb1とP、Pc2を再マッチングさせて、サブマッチング点組(P,P)と(Pb1,Pc2)を確定する。その後、(P,P)に対応するP、及びPの座標、(Pb1,Pc2)に対応するPd3、及びPd3の座標をそれぞれ確定し、判断を通じて、(P,P,P,P)のうちの4つの結像点の画像特徴が類似しており、且つ(P,Pb1,Pc2,Pd3)のうちの4つの結像点の画像特徴も類似していると判断されると、P点は、2つのマッチング点組(P,P,P,P)と(P,Pb1,Pc2,Pd3)に対応する。続いて、a像平面にベース直四角形Pa1a2a3が存在すると確定され、当該直四角形は、Pを1つの端点とし、対角線Pa3の延長線がd像平面を通過し、且つPa3の長さがPd3の距離と同じであり、参照直四角形と類似しているとともに、P、Pa1、Pa2、及びPa3の画像特徴が類似している、という条件を満足すると、さらにd像平面に当該直四角形とまったく同じ唯一対応する直四角形Pd1d2d3が存在すると確定する。ここで、PとP、Pa1とPd1、Pa2とPd2、Pa3とPd3がそれぞれ互いに対応するマッチング点であり、且つ画像特徴が類似していると、d像平面においてPに対応する唯一のマッチング点がPであり、d像平面における非唯一性マッチング点Pd3は、a像平面における特徴点Pa3に対応すると確定することができ、これに基づいてマッチング点組(P,Pb1,Pc2,Pd3)を排除し、(P,P,P,P)が同一の被視点に対応する唯一性マッチング点組であると確定する。 The following is a brief description with reference to FIG. Assuming that the a image plane is the base image plane, for one feature point Pa in the a image plane, find all matching points, for example, P b and P b1 , that match the point in the b image plane, the feature point P a, all of the matching points to match to the point in the c image plane, for example P c, locate the P c2, further P b, P b1 and P c, and re-matching the P c2, sub Matching point sets (P b , P c ) and (P b1 , P c2 ) are determined. Then, (P b, P c) P corresponding to d, and the coordinates of P d, (P b1, P c2) corresponding to the P d3, and the coordinates of P d3 respectively determined through determination, (P a , P b , P c , P d ) are similar in image characteristics, and the four imaging points of (P a , P b1 , P c2 , P d3 ) When the image feature is also determined to be similar, P a point, two matching point pairs (P a, P b, P c, P d) and (P a, P b1, P c2, P d3) Corresponding to Subsequently, to confirm the number a image plane based rectangular shape P a P a1 P a2 P a3 is present, the rectangular shape is a P a as one end point, an extension of a diagonal line P a P a3 is a d image plane Passes and the length of P a P a3 is the same as the distance of P d P d3 and is similar to the reference square, and the image features of P a , P a1 , P a2 , and P a3 are similar If the condition is satisfied, it is further determined that there is a rectangular quadrilateral P d P d1 P d2 P d3 that is the same and corresponding to the rectangular quadrangle exactly in the d image plane. Here, P a and P d , P a1 and P d1 , P a2 and P d2 , P a3 and P d3 are matching points corresponding to each other, and the image features are similar, the d image plane The only matching point corresponding to P a is P d , and the non-unique matching point P d3 in the d image plane can be determined to correspond to the feature point P a3 in the a image plane, and matching is performed based on this. The point set (P a , P b1 , P c2 , P d3 ) is excluded, and (P a , P b , P c , P d ) is determined to be a unique matching point set corresponding to the same subject. .

別の実施態様において、図14を参照すると、4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法に基づく測定方法は、下記のステップを含む。   In another embodiment, referring to FIG. 14, a measurement method based on a method for matching feature points of a planar array of four camera sets includes the following steps.

b1.画像の収集が完了した後、上記のマッチング方法を用いて上記ベース像平面におけるすべての特徴点に対応する唯一性マッチング点組を探す。   b1. After the image collection is completed, the unique matching point set corresponding to all the feature points in the base image plane is searched using the matching method.

b2.上記ステップb1で取得した唯一性マッチング点組の像座標に基づいて、被視点の空間位置座標を計算する。   b2. Based on the image coordinates of the uniqueness matching point set obtained in step b1, the spatial position coordinates of the subject are calculated.

ステップb2において、1つの4カメラ組の左上位置のaカメラ、右上位置のbカメラ、左下位置のcカメラ、及び右下位置のdカメラの焦点がそれぞれO、O、O、及びOであり、4つの焦点が同一の平面に位置し、且つ1つの直四角形を形成し、当該直四角形の長さOがmであり、幅Oがnであり、直四角形の中心点をOと設定し、Oを原点として1つの3次元直角座標系を確立する。ここで、X軸は、直四角形のO、及びO辺に平行であり、Y軸は、直四角形のO、及びO辺に平行であり、Z軸は、焦点が位置する平面に垂直であり、且つ4つのカメラの光軸方向に平行であり、4台のカメラの配置は、まったく同じであり、被視体の1つの被視点Pの空間位置座標がP(P,P,P)であり、P点のaカメラ、bカメラ、cカメラ、及びdカメラこれら4台のカメラの像平面において対応する結像点の像座標がそれぞれP(Pax,Pay)、P(Pbx,Pby)、P(Pcx,Pcy)、P(Pdx,Pdy)であると、P点の空間位置座標の表現式は、下記の通りである。 In step b2, the focus of the upper left a camera, the upper right b camera, the lower left c camera, and the lower right d camera of one 4-camera set is respectively O a , O b , O c , and O d , the four focal points are located on the same plane and form one rectangular shape, the length O a O b of the rectangular shape is m, the width O a O c is n, The center point of the rectangle is set as O, and one three-dimensional rectangular coordinate system is established with O as the origin. Here, the X axis is parallel to the rectangular O a O b and O c O d sides, the Y axis is parallel to the rectangular O a O c and O b O d sides, and Z The axis is perpendicular to the plane on which the focal point is located, and is parallel to the optical axis direction of the four cameras. The arrangement of the four cameras is exactly the same, and the space of one subject P of the subject The position coordinates are P (P x , P y , P z ), and the image coordinates of the corresponding image forming points on the image planes of the four cameras a camera, b camera, c camera, and d camera. When P a (P ax , P ay ), P b (P bx , P by ), P c (P cx , P cy ), P d (P dx , P dy ), respectively, the spatial position coordinates of the P point The expression of is as follows.

上記式において、fは、4台のカメラの焦点距離であり、uは、画像センサのターゲット表面の長さであり、vは、画像センサのターゲット表面の幅であり、ここで、Δxを横方向マッチング時に、a像平面における結像点に対するb像平面における結像点の横方向オフセット値とc像平面における結像点に対するd像平面における結像点の横方向オフセットと定義し、Δyを縦方向マッチング時に、a像平面における結像点に対するc像平面における結像点の縦方向オフセットとb像平面における結像点に対するd像平面における結像点の縦方向オフセットと定義する。   In the above equation, f is the focal length of the four cameras, u is the length of the target surface of the image sensor, v is the width of the target surface of the image sensor, where Δx is At the time of direction matching, the lateral offset value of the imaging point in the b image plane with respect to the imaging point in the a image plane and the lateral offset of the imaging point in the d image plane with respect to the imaging point in the c image plane are defined, and Δy is defined as At the time of vertical matching, the vertical offset of the imaging point in the c image plane with respect to the imaging point in the a image plane and the vertical offset of the imaging point in the d image plane with respect to the imaging point in the b image plane are defined.

b3.上記ステップb2で取得した被視点の空間位置座標に基づいて、3Dポイントクラウドデータを形成し、3Dポイントクラウド図形を確立し、3次元立体画像を再現する。   b3. Based on the spatial position coordinates of the subject obtained in step b2, 3D point cloud data is formed, a 3D point cloud figure is established, and a three-dimensional stereoscopic image is reproduced.

本発明のマッチング方法、及びこれに基づいて構築した3次元測定システムは、自主的マッチング方法と測定システムに属し、マッチング条件と方法は、外部環境の変化により変化せず、測定システムのパラメータが一旦確定されると、当該システムにより測定される視野範囲、測定精度、空間解像度、環境に対する適応性などを確定することができ、例えば、焦点距離を変更すると、遠距離の物体を測定することができ、カメラを変更すると、たとえば赤外線カメラを用いると、夜間測定を実現することができ、顕微鏡レンズを用いると、微視的立体測定などを実現することができる。   The matching method of the present invention and the three-dimensional measurement system constructed based on the matching method belong to a voluntary matching method and a measurement system. The matching condition and method do not change due to a change in the external environment, and the parameters of the measurement system are temporarily changed. Once confirmed, the field of view range measured by the system, measurement accuracy, spatial resolution, adaptability to the environment, etc. can be determined, for example, long distance objects can be measured by changing the focal length When the camera is changed, for example, when an infrared camera is used, nighttime measurement can be realized, and when a microscope lens is used, microscopic three-dimensional measurement and the like can be realized.

上記方法とステップによって、被視体の特徴点の3次元座標位置の計算と測定を実現できるが、像平面が視野範囲、解像度、環境、及び光条件の影響により、カメラ自身のパラメータ、例えば絞り、シャッター、露出時間などの撮影パラメータの調整、被視体の幾何的特徴、周縁特徴、表面反射と模様特徴などが結像点のマッチングに影響を与え、完全にマッチングできない状況が必ず存在し、画像特徴が連続性などの別の拘束条件を含むため、本発明の実施例による方法で画像の周縁、及び別の特徴が鮮明な観測点の測定を解決した後、知られているいずれかの画像処理方法と手段を用いて別の完全にマッチングできない部分に対して、画像分析と処理を行うことによって、大部分の3次元物体の結像問題を解決することができ、従来の画像処理技術を基として、3次元ビジョン測定技術に基本的なマッチング方法と測定方法を提供する。   The above method and steps can realize the calculation and measurement of the three-dimensional coordinate position of the feature point of the object, but the image plane is affected by the field of view range, resolution, environment, and light conditions. , Adjustment of shooting parameters such as shutter, exposure time, geometrical features of the subject, peripheral features, surface reflection and pattern features affect the matching of imaging points, and there is always a situation where perfect matching is not possible, Since the image features include other constraints such as continuity, any of the known perimeters after the resolution of the image perimeter, and another feature clear observation point with the method according to embodiments of the present invention By performing image analysis and processing on another part that cannot be completely matched using image processing methods and means, the imaging problem of most three-dimensional objects can be solved. The processing techniques as group, provides the basic matching method and measurement method to the three-dimensional vision measuring technique.

本発明によるいくつかの実施例において、提供された方法が別の形でも実現可能である、ということを理解すべきである。また、留意すべきなことは、一部の取替え実現方式において、上記方法のステップまたはフローは、特許請求の範囲または図面に示された順番と違うように発生できる。例えば、2つの連続するステップまたはフローは、実際にほとんど並行して実行でき、反対の順番で実行されることもでき、具体的な状況により決められる。   It should be understood that in some embodiments according to the present invention, the provided method can be implemented in other ways. It should also be noted that in some replacement implementation schemes, the method steps or flows may occur out of the order shown in the claims or drawings. For example, two consecutive steps or flows can actually be performed almost in parallel, or can be performed in the opposite order, as determined by the specific circumstances.

本発明の上記方法または機能がソフトウェア機能モジュールの形で実現され、且つ独立した製品として販売または使用される場合、コンピュータが読み取り可能な1つの記録媒体に記録することができる。このような理解に基づいて、本発明の技術方の本質または従来技術に貢献した部分または当該技術方案の部分は、ソフトウェア製品の形で具現可能であり、当該コンピュータソフトウェア製品は、1つの記録媒体に記録され、いくつかの指令を含んで、1つのコンピュータ機器(パーソナルコンピュータ、サーバまたはネットワーク機器などが可能)に本発明の各実施例の上記方法の全部または一部のステップを実行させる。上記の記録媒体は、USBメモリ、モバイルハードディスク、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリー、磁気テープディスクまたはコンパクトディスクなどのプログラムコードを記録できる様々な媒体を含む。   When the above method or function of the present invention is implemented in the form of a software function module and sold or used as an independent product, it can be recorded on a computer-readable recording medium. Based on this understanding, the essence of the technical method of the present invention, the part that contributed to the prior art, or the part of the technical method can be embodied in the form of a software product, and the computer software product is stored in one recording medium. And including several commands, one computer device (such as a personal computer, server, or network device) is allowed to execute all or some of the steps of the above method of each embodiment of the present invention. The recording medium includes various media capable of recording program codes such as a USB memory, a mobile hard disk, a read-only memory, a random access memory, a magnetic tape disk, or a compact disk.

以上は、本発明の好ましい実施例であって、本発明を限定するためのものではなく、当業者にとって、本発明は、様々な変更と変化が可能である。本発明の趣旨と原則に沿って行われるいずれかの修正、均等置換、変更などは、いずれも本発明の保護範囲に属する。   The above is a preferred embodiment of the present invention, and is not intended to limit the present invention. Various modifications and changes can be made by those skilled in the art. Any modifications, equivalent replacements, changes, etc. made in accordance with the spirit and principle of the present invention belong to the protection scope of the present invention.

Claims (11)

1つの4カメラ組の4つのカメラに対応する4つの像平面のうちのいずれかの1つの像平面をベース像平面として、前記ベース像平面の1つの特徴点に対して、横方向で当該ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探すステップa1と、
前記ステップa1の前記ベース像平面の前記特徴点に対して、縦方向で当該ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探すステップa2と、
前記ステップa1で探し出したすべてのマッチング点と前記ステップa2で探し出したすべてのマッチング点を再マッチングさせて、対応するすべてのサブマッチング点組を探すステップa3と、
前記ベース像平面の前記特徴点、及び前記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組に基づいて、前記ベース像平面の対角位置にある像平面である対角位置像平面において、前記ベース像平面の前記特徴点、及び前記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組に対応するマッチング点を探すステップa4と、
前記ベース像平面の前記特徴点、前記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組、及び前記ステップa4で探し出したマッチング点に基づいて、前記4つの像平面において同一の被視点に対応する唯一性マッチング点組を確定するステップa5と、
を含むことを特徴とする4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。
One of the four image planes corresponding to the four cameras in one set of four cameras is set as a base image plane, and the base in the lateral direction with respect to one feature point of the base image plane. Searching for all matching points that match the feature point in an image plane adjacent to the image plane; and
Searching for all matching points that match the feature point in the image plane adjacent to the base image plane in the vertical direction with respect to the feature point of the base image plane in step a1;
Rematching all matching points found in step a1 with all matching points found in step a2, and searching for all corresponding sub-matching point sets;
Based on the feature points of the base image plane and all the sub-matching point sets found in step a3, the base image in the diagonal position image plane that is the diagonal position of the base image plane. A step a4 for finding matching points corresponding to the feature points on the plane and all sub-matching points found in the step a3;
Uniqueness corresponding to the same subject in the four image planes based on the feature points of the base image plane, all sub-matching point sets found in step a3, and matching points found in step a4 Step a5 for determining a matching point set;
A method for matching feature points of a planar array of four camera sets.
前記ステップa1において、前記ベース像平面上の1つの特徴点に対して、マッチング条件1)に基づいて、横方向で前記ベース像平面と隣り合う像平面において当該特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探し、
前記マッチング条件1)は、1つの被視点の横方向で互いに隣り合う2つの像平面における結像点が、当該被視点の左側の像平面における結像点と当該被視点の対応する右側の像平面における結像点が横方向の座標軸に平行な同一の直線上に位置し、左側の像平面の座標原点に対する当該左側の像平面における結像点の水平オフセット(offset)が右側の像平面の座標原点に対する当該右側の像平面における結像点の水平オフセットより大きい、という条件を満足することであることを特徴とする請求項1に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。
In the step a1, all matching points that match the feature point in the image plane adjacent to the base image plane in the lateral direction based on the matching condition 1) for one feature point on the base image plane Looking for
The matching condition 1) is that an imaging point in two image planes adjacent to each other in the lateral direction of one subject is an image on the left image plane of the subject and the right image corresponding to the subject. The imaging point in the plane is located on the same straight line parallel to the horizontal coordinate axis, and the horizontal offset (offset) of the imaging point in the left image plane relative to the coordinate origin of the left image plane is the right image plane. 2. The method for matching feature points of a four-camera planar array according to claim 1, wherein a condition that the horizontal offset of the imaging point in the right image plane with respect to the coordinate origin is larger is satisfied.
前記ステップa2において、前記ステップa1の前記ベース像平面上の前記特徴点に対して、マッチング条件2)に基づいて、縦方向で前記ベース像平面と隣り合う像平面において前記特徴点とマッチングするすべてのマッチング点を探し、
前記マッチング条件2)は、1つの被視点の縦方向で互いに隣り合う2つの像平面における結像点が、当該被視点の上側の像平面における結像点と当該被視点の対応する下側の像平面における結像点が縦方向の座標軸に平行な同一の直線上に位置し、上側の像平面の座標原点に対する当該上側の像平面における結像点の垂直オフセットが下側の像平面の座標原点に対する当該下側の像平面における結像点の垂直オフセットより大きい、という条件を満足することであることを特徴とする請求項に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。
In the step a2, all of the feature points on the base image plane in the step a1 that match the feature points in the image plane adjacent to the base image plane in the vertical direction based on the matching condition 2) Find matching points for
The matching condition 2) is that the image formation point in two image planes adjacent to each other in the vertical direction of one subject is an image formation point in the upper image plane of the subject and a lower side corresponding to the subject. The image point on the image plane is located on the same straight line parallel to the longitudinal coordinate axis, and the vertical offset of the image point on the upper image plane relative to the coordinate origin of the upper image plane is the coordinates of the lower image plane. 3. The method for matching feature points of a four-camera set planar array according to claim 2 , wherein the condition is greater than the vertical offset of the imaging point in the lower image plane relative to the origin.
前記ステップa3において、前記ステップa1で探し出したすべてのマッチング点と前記ステップa2で探し出したすべてのマッチング点に対して、マッチング条件3)に基づいて再マッチングさせて、前記マッチング条件3)を満足しないマッチング点を排除し、前記マッチング条件3)を満足するマッチング点を横方向オフセット値または縦方向オフセット値の大きさ関係に応じてペアリングしてサブマッチング点組を形成し、
前記マッチング条件3)は、1つの被視点の1つの4カメラ組の4つの像平面において対応するマッチング点組が、横方向オフセット値と縦方向オフセット値の比率が参照直四角形の長さと幅の比率と同じである、という条件を満足することであり、
横方向オフセット値は、当該被視点の1つの左側の像平面における結像点が当該左側の像平面の座標原点に対する水平オフセットと当該被視点の対応する右側の像平面における結像点が当該右側の像平面の座標原点に対する水平オフセットの差であり、縦方向オフセット値は、当該被視点の1つの上側の像平面における結像点が当該上側の像平面の座標原点に対する垂直オフセットと当該被視点の対応する下側の像平面における結像点が当該下側の像平面の座標原点に対する垂直オフセットの差であり、
参照直四角形は、1つの4カメラ組の4つの焦点から形成される直四角形であることを特徴とする請求項に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。
In step a3, all matching points found in step a1 and all matching points found in step a2 are rematched based on matching condition 3), and the matching condition 3) is not satisfied. A matching point is excluded, and matching points satisfying the matching condition 3) are paired according to the magnitude relationship of the horizontal direction offset value or the vertical direction offset value to form a sub-matching point set,
The matching condition 3) is that matching point sets corresponding to four image planes of one four-camera set of one subject have a ratio of the horizontal offset value and the vertical offset value of the length and width of the reference square. To satisfy the condition that the ratio is the same,
The horizontal offset value is the horizontal offset of the image point on the left image plane of the subject with respect to the coordinate origin of the left image plane and the image point on the right image plane corresponding to the subject on the right side. The horizontal offset difference with respect to the coordinate origin of the image plane of the image, and the vertical offset value is the vertical offset with respect to the coordinate origin of the image plane on the upper side relative to the coordinate origin of the image plane on the upper side. The imaging point in the corresponding lower image plane is the difference in vertical offset with respect to the coordinate origin of the lower image plane,
4. The method for matching feature points of a four-camera set planar array according to claim 3 , wherein the reference square is a square formed from four focal points of one four-camera set.
前記ステップa4において、前記ベース像平面上の前記特徴点、及び前記ステップa3で探し出したサブマッチング点組に基づいて、いずれかのサブマッチング点組に対して、前記マッチング条件1)と前記マッチング条件2)に基づいて前記対角位置像平面におけるマッチング点を探し、前記ステップa3で探し出したすべてのサブマッチング点組の座標に基づいて、前記対角位置像平面に位置するマッチング点の座標を得、当該マッチング点の横座標は、縦方向で前記対角位置像平面と隣り合う像平面におけるマッチング点の横座標と同じであり、当該マッチング点の縦座標は、横方向で前記対角位置像平面と隣り合う像平面におけるマッチング点の縦座標と同じであり、座標が確定された後、前記対角位置像平面におけるマッチング点、及び別の3つの像平面におけるマッチング点に対して、画像特徴の類似性マッチングを行い、マッチングに成功した場合、前記4つの像平面における4つの結像点が1つのマッチング点組を構成し、マッチングが不可能である場合、前記対角位置像平面におけるマッチング点、及び当該マッチング点に対応する前記ステップa3で探し出したサブマッチング点組を排除することを特徴とする請求項に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。 Based on the feature point on the base image plane in step a4 and the submatching point set found in step a3, the matching condition 1) and the matching condition are set for any submatching point set. 2), a matching point on the diagonal position image plane is searched for, and the coordinates of the matching points located on the diagonal position image plane are obtained based on the coordinates of all the sub-matching point sets found in step a3. The abscissa of the matching point is the same as the abscissa of the matching point in the image plane adjacent to the diagonal position image plane in the vertical direction, and the ordinate of the matching point is the diagonal position image in the horizontal direction. Same as the ordinate of the matching point in the image plane adjacent to the plane, and after the coordinates are determined, the matching point in the diagonal position image plane When the image feature similarity matching is performed on the matching points in the other three image planes, and the matching is successful, the four imaging points in the four image planes constitute one matching point set, 5. The method according to claim 4 , wherein when matching is impossible, the matching point on the diagonal position image plane and the sub-matching point set found in step a <b> 3 corresponding to the matching point are excluded. A method for matching feature points of a planar array of camera sets. 前記ステップa5において、前記4つの像平面において同一の被視点に対応する唯一性マッチング点組は、マッチング条件4)を満足し、前記マッチング条件4)は、1つの被視点の1つの4カメラ組の対応する4つの像平面における結像点が1つの直四角形を形成し、当該直四角形の横方向の長さと縦方向の長さの比率が参照直四角形の長さと幅の比率と同じであり、2対の対角位置にある2つの像平面における結像点がそれぞれ参照直四角形の2つの対角線に平行な2つの直線上に位置することであることを特徴とする請求項に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。 In step a5, the uniqueness matching point set corresponding to the same subject in the four image planes satisfies the matching condition 4), and the matching condition 4) is a set of four cameras for one subject. The imaging points in the corresponding four image planes form one rectangular shape, and the ratio of the horizontal length and the vertical length of the rectangular shape is the same as the ratio of the length and width of the reference rectangular shape. , according to claim 5, wherein the imaging point in the two image planes located at diagonal positions of the two pairs is to be located on two straight lines parallel to the two diagonals of each reference rectangular shape A method for matching feature points of a planar array of four cameras. 前記ステップa5において、前記マッチング条件4)を満足するマッチング点組が1つだけある場合、マッチング結果は、唯一であることを特徴とする請求項に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。 In step a5, the case where the matching point set to satisfy the matching condition 4) there is only one matching result, feature points 4 camera sets of planar array according to claim 6, characterized in that the sole Matching method. 前記ステップa5において、前記マッチング条件4)を満足するマッチング点組が複数存在する場合、前記ベース像平面に下記の条件を満足するベース直四角形、即ち、当該特徴点を1つの端点とし、前記ベース直四角形の当該特徴点を1つの端点とする対角線の延長線が前記対角位置像平面を通過し、当該対角線の長さが当該特徴点に対応するいずれかの2つのマッチング点組の前記対角位置像平面における2つのマッチング点の間の距離と同じであり、前記ベース直四角形は参照直四角形と類似しており、前記ベース直四角形の別の端点は、画像特徴が当該特徴点の画像特徴と類似しており、且つ当該特徴点の前記ベース像平面におけるマッチング点である、という条件を満足するベース直四角形が存在するか否かを判断し、
前記ベース像平面にこのような直四角形が存在する場合、いずれかのベース直四角形に対して、前記対角位置像平面に当該ベース直四角形と同じ唯一対応する直四角形が存在するか否かを確定し、
存在する場合、まず、前記対角位置像平面において当該特徴点に対応する唯一のマッチング点を確定し、その後、前記マッチング条件1)と前記マッチング条件2)に基づいて当該特徴点の別の2つの像平面における唯一のマッチング点を確定し、不明確なマッチング点組を排除し、
前記対角位置像平面において当該特徴点に対応する唯一のマッチング点を確定する方法は、前記ベース像平面の前記特徴点が前記ベース直四角形の1つの対角線の1つの端点である場合、前記対角位置像平面における唯一のマッチング点は、当該対角位置像平面における唯一対応する直四角形において延長線が前記特徴点を通過する対角線上の2つの端点のうちの1つであり、前記特徴点が前記ベース直四角形の上端に位置する場合、前記対角位置像平面において対応する唯一のマッチング点は、当該唯一対応する直四角形の上端の端点であり、そうではない場合、下端の端点であり、前記対角位置像平面における非唯一性マッチング点に対して、当該点の前記ベース像平面における唯一のマッチング点が前記ベース像平面の前記特徴点が位置する対角線上の別の端点であると確定することができ、
存在しない場合、前記特徴点に対応する2つのマッチング点組は、2つの異なる被視点に対応し、前記2つの異なる被視点は、空間上で当該特徴点が前記ベース像平面に相対する画素投影線の延長線上に位置し、
前記ベース像平面にこのような直四角形が存在しない場合、前記複数のマッチング点組は、複数の異なる被視点に対応し、前記複数の異なる被視点は、空間上で当該特徴点が前記ベース像平面に相対する画素投影線の延長線上に位置することを特徴とする請求項に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。
In step a5, if the matching point set satisfying the matching condition 4) there are a plurality of base rectangular shape which satisfies the following conditions in the base image plane, that is, the feature point and one end point, said base An extension line of a diagonal line having the feature point of the square as one end point passes through the diagonal position image plane, and the length of the diagonal line corresponds to the pair of any two matching point sets corresponding to the feature point. It is the same as the distance between two matching points in the angular position image plane, the base square is similar to the reference square, and another end point of the base square has an image feature image of the feature point Determining whether there is a base square that satisfies the condition that it is similar to a feature and is a matching point of the feature point in the base image plane;
When such a square is present in the base image plane, for any base square, whether or not there is a square corresponding to the diagonal position image plane that is the same as the base square. Confirm,
If present, first, a unique matching point corresponding to the feature point is determined in the diagonal position image plane, and then another 2 of the feature point is determined based on the matching condition 1) and the matching condition 2). Determine the only matching points in one image plane, eliminate the unclear set of matching points,
A method of determining a unique matching point corresponding to the feature point in the diagonal position image plane is that the feature point of the base image plane is one end point of one diagonal of the base square. The only matching point in the angular position image plane is one of the two end points on the diagonal line through which the extension line passes through the feature point in the only corresponding square in the diagonal position image plane, and the feature point Is located at the upper end of the base square, the only matching point in the diagonal position image plane is the upper end of the only corresponding square, otherwise it is the lower end , For a non-unique matching point in the diagonal position image plane, the unique matching point of the point in the base image plane is the feature point of the base image plane. It can be determined to be another endpoint on the diagonal,
If not, the two matching point pairs corresponding to the feature points correspond to two different viewpoints, and the two different viewpoints are pixel projections where the feature points are relative to the base image plane in space. Located on the extension of the line,
When such a rectangular shape does not exist in the base image plane, the plurality of matching point sets correspond to a plurality of different subjects, and the feature points of the plurality of different subjects include the base image in space. 7. The method for matching feature points of a planar array of four camera sets according to claim 6 , wherein the matching method is located on an extension line of a pixel projection line facing the plane.
前記特徴点とは、1つまたは複数のマッチング点が対応されている結像点であり、当該結像点は、別の結像点と区別される画像特徴を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法。   The feature point is an image point corresponding to one or a plurality of matching points, and the image point has an image feature that is distinguished from another image point. 9. A method for matching feature points of a planar array of four camera sets according to any one of 1 to 8. 画像の収集が完了した後、請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のマッチング方法を用いて、前記ベース像平面におけるすべての特徴点に対応する唯一性マッチング点組を探すステップb1と、
前記ステップb1で取得した唯一性マッチング点組の像座標に基づいて、被視点の空間位置座標を計算するステップb2と、
前記ステップb2で取得した被視点の空間位置座標に基づいて、3Dポイントクラウドデータを形成し、3Dポイントクラウド図形を確立し、3次元立体画像を再現するステップb3と、
を含むことを特徴とする4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法に基づく測定方法。
Step b1 of searching for a unique matching point set corresponding to all feature points in the base image plane by using the matching method according to any one of claims 1 to 9 after image acquisition is completed. When,
A step b2 of calculating a spatial position coordinate of the subject based on the image coordinates of the uniqueness matching point set acquired in the step b1;
A step b3 of forming 3D point cloud data, establishing a 3D point cloud graphic, and reproducing a three-dimensional stereoscopic image based on the spatial position coordinates of the subject obtained in step b2;
A measurement method based on a matching method of feature points of a planar array of four camera sets, characterized by comprising:
前記ステップb2において、1つの4カメラ組の左上位置のaカメラ、右上位置のbカメラ、左下位置のcカメラ、及び右下位置のdカメラの焦点がそれぞれO、O、O、及びOであり、4つの焦点が同一の平面に位置し、且つ1つの直四角形を形成し、当該直四角形の長さOがmであり、幅Oがnであり、直四角形の中心点をOと設定し、Oを原点として1つの3次元直角座標系を確立し、ここで、X軸は、直四角形のO、及びO辺に平行であり、Y軸は、直四角形のO、及びO辺に平行であり、Z軸は、焦点が位置する平面に垂直であり、且つ4つのカメラの光軸方向に平行であり、4台のカメラの配置は、同じであり、被視体の1つの被視点Pの空間位置座標がP(P,P,P)であり、P点のaカメラ、bカメラ、cカメラ、及びdカメラこれら4台のカメラに対応する像平面における結像点の像座標がそれぞれP(Pax,Pay)、P(Pbx,Pby)、P(Pcx,Pcy)、及びP(Pdx,Pdy)であると、P点の空間位置座標の表現式は、下記の通りであり、
上記式において、fは、4台のカメラの焦点距離であり、uは、画像センサのターゲット表面の長さであり、vは、画像センサのターゲット表面の幅であり、ここで、△xを横方向マッチング時に、a像平面における結像点に対するb像平面における結像点の横方向オフセット値とc像平面における結像点に対するd像平面における結像点の横方向オフセットと定義し、△yを縦方向マッチング時に、a像平面における結像点に対するc像平面における結像点の縦方向オフセットとb像平面における結像点に対するd像平面における結像点の縦方向オフセットと定義することを特徴とする請求項10に記載の4カメラ組の平面アレイの特徴点のマッチング方法に基づく測定方法。
In step b2, the focal points of the upper left a camera, upper right position b camera, lower left position c camera, and lower right position d camera of one 4-camera set are respectively O a , O b , O c , and O d , the four focal points are located in the same plane, and form one square, the length O a O b of the square is m, the width O a O c is n, The center point of the square is set to O, and one three-dimensional rectangular coordinate system is established with O as the origin, where the X axis is parallel to the O a O b and O c O d sides of the square Yes, the Y axis is parallel to the square O a O c and O b O d sides, the Z axis is perpendicular to the plane in which the focal point is located, and parallel to the optical axis direction of the four cameras Yes, the arrangement of the four cameras is the same, and the spatial position coordinate of one subject P of the subject is P ( x, P y, a P z), a camera point P, b camera, c cameras, and d the camera image coordinates of the image point in the image plane corresponding to these four cameras each P a (P ax , P ay ), P b (P bx , P by ), P c (P cx , P cy ), and P d (P dx , P dy ), the expression of the spatial position coordinates of the P point is It is as follows,
In the above equation, f is the focal length of the four cameras, u is the length of the target surface of the image sensor, v is the width of the target surface of the image sensor, where Δx At the time of lateral matching, the lateral offset value of the imaging point in the b image plane with respect to the imaging point in the a image plane and the lateral offset of the imaging point in the d image plane with respect to the imaging point in the c image plane are defined as Δ Define y as the vertical offset of the imaging point in the c image plane relative to the imaging point in the a image plane and the vertical offset of the imaging point in the d image plane relative to the imaging point in the b image plane during vertical matching. The measuring method based on the matching method of the feature point of the planar array of 4 camera sets of Claim 10 characterized by these.
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